蓋世汽車訊 據(jù)外媒報(bào)道，圣彼得堡大學(xué)（St Petersburg University）開發(fā)了一種新型電池，其充電速度比鋰離子電池快十倍。此外，就潛在的火災(zāi)隱患而言，這種電池更加安全，對環(huán)境的影響也較小。

（圖片來源：phys.org）

在日常生活中，鋰離子電池廣泛應(yīng)用于便攜式電子設(shè)備和電動汽車等領(lǐng)域。然而，這種電池也存在若干問題，比如可能發(fā)生火災(zāi)，以及在低溫環(huán)境下出現(xiàn)性能損耗，另外，報(bào)廢電池可能造成環(huán)境污染。

化學(xué)家們一直在探討，將具有氧化還原活性的含硝?；酆衔镒鳛殡娀瘜W(xué)儲能材料。由于快速的氧化還原動力學(xué)過程，這些聚合物的能量密度高，充放電速度快。實(shí)施這類技術(shù)的挑戰(zhàn)在于電導(dǎo)率不足，即使加入高導(dǎo)電性添加劑（如碳），也會阻礙電荷收集。

為了解決這一問題，圣彼得堡大學(xué)的研究人員合成了一種基于鎳-薩倫配合物(NiSalen)的聚合物。這種金屬聚合物的分子起到了分子導(dǎo)線的作用，而能量密集型硝?；鶄?cè)基附著在其上。該材料的分子結(jié)構(gòu)使其能夠在較寬的溫度范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)高電容性能。該校電化學(xué)系教授Oleg Levin表示：“2016年我們提出這一材料概念，并著手開發(fā)基于有機(jī)金屬聚合物的鋰離子電池電極材料。在探討這類化合物的電荷傳輸機(jī)制時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)有兩個(gè)關(guān)鍵發(fā)展方向。首先，這些化合物可以作為保護(hù)層覆蓋電池的主導(dǎo)體電纜，取代以前鋰離子電池使用的相關(guān)材料。其次，它們可以用作電化學(xué)儲能材料的活性成分。”

研究人員花了三年多時(shí)間來開發(fā)這種聚合物。第一年，科學(xué)家們測試了這種新材料概念：他們將單個(gè)構(gòu)成部分結(jié)合起來，以模擬導(dǎo)電骨架和具有氧化還原活性的含硝?；鶄?cè)基。必須確保該結(jié)構(gòu)的所有部分協(xié)同工作并相互加強(qiáng)。下一步是化合物的化學(xué)合成。這是該項(xiàng)目中最具挑戰(zhàn)性的部分，因?yàn)橛行┏煞址浅Ｃ舾?，極易導(dǎo)致樣品退化。

在所獲得的幾種聚合物樣品中，只有一種足夠穩(wěn)定和有效。新化合物的主鏈由鎳與薩倫配體的配合物構(gòu)成。能夠快速氧化和還原(充電和放電)的穩(wěn)定自由基，通過共價(jià)鍵連接到主鏈上。Oleg Levin表示：“實(shí)驗(yàn)表明，使用我們的聚合物來制造電池，可使其在幾秒內(nèi)完成充電，比傳統(tǒng)鋰離子電池約快10倍。但是，這種電池的容量目前比鋰離子電池低30-40%。我們正在努力改進(jìn)這一指標(biāo)，同時(shí)保持充放電速率?！?/p>

新電池的正極已經(jīng)制作完成，可用于化學(xué)電流源。至于負(fù)極，可以選擇現(xiàn)有類型，不一定需要重新開發(fā)。新組合系統(tǒng)可能在某些領(lǐng)域很快取代鋰離子電池。

研究人員表示：“新電池能夠低溫運(yùn)行，非常有利于快速充電。與目前使用的鈷基電池相比，這種電池更加安全，能夠有效避免火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，其中可能對環(huán)境造成危害的金屬含量要少得多。我們的聚合物中含有少量鎳，但與鋰離子電池相比，鎳含量要少得多。”

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