En grupp forskare under ledning av Skoltech-professor Pavel Troshin studerade koordinationspolymerer, en klass av föreningar med knappt utforskade tillämpningar i metalljonbatterier, och demonstrerade deras möjliga framtida användning i energilagringsenheter med hög laddnings-/urladdningshastighet och stabilitet. Resultaten av deras studie publicerades i tidskriften Materialkemi .

Laddnings-/urladdningshastigheten är en av de viktigaste egenskaperna hos litiumjonbatterier. De flesta moderna kommersiella batterier behöver minst en timme för att bli fulladdade, vilket verkligen begränsar tillämpningsområdet för deras tillämpning, särskilt, för elfordon. Problemet med aktiva material, som det mest populära anodmaterialet, grafit, är att deras kapacitet minskar avsevärt, när deras laddningshastighet ökar. För att behålla batterikapaciteten vid höga laddningshastigheter, de aktiva elektrodmaterialen måste ha hög elektronisk och jonisk ledningsförmåga, vilket är fallet med de nyupptäckta koordinationspolymererna som härrör från aromatiska aminer och salter av övergångsmetaller, som nickel eller koppar. Även om dessa föreningar har ett stort löfte, deras användning i litiumjonbatterier är praktiskt taget outforskad.

En nyligen genomförd studie utförd av en grupp forskare från Skoltech och Institute for Problems of Chemical Physics of RAS ledd av professor P. Troshin i samarbete med University of Cologne (Tyskland) och Ural Federal University, fokuserat på tetraaminobensenbaserade linjära polymerer av nickel och koppar. Även om de linjära polymererna uppvisade mycket lägre initial elektronisk konduktivitet jämfört med sina tvådimensionella motsvarigheter, det visade sig att de kan användas som anodmaterial som laddas/urladdas på mindre än en minut, eftersom deras konduktivitet ökar dramatiskt efter den första urladdningen på grund av litiumdopning.

Dessutom, det visade sig att dessa anodmaterial har utmärkt stabilitet vid höga laddnings-/urladdningshastigheter:de visades behålla upp till 79 % av sin maximala kapacitet efter så många som 20, 000 laddnings-urladdningscykler.

Vidare, det upptäcktes att kopparbaserade polymerer kan användas både som anod- och katodmaterial med hög kapacitet. Författarna påpekar att det finns gott om möjligheter till strukturoptimering, även om katoden ännu inte kan fungera på ett stabilt sätt. "Det finns många metoder för att finjustera egenskaperna hos koordinationspolymerer, " förklarar studiens första författare och Skoltech doktorand, Roman Kapaev. "Faktiskt har vi här att göra med en sorts byggsats där delarna enkelt kan ändras eller bytas ut. Vi kan modifiera både aminstrukturen och övergångsmetallkatjonen, och genom att göra det, höja kapaciteten, öka eller minska redoxpotentialen, förbättra stabiliteten och olika andra prestanda. Denna banbrytande studie berör ett omfattande forskningsområde, som, Jag är säker, har mycket kvar att avslöja."