Ученые нашли способ повышения эффективности полимерных аккумуляторов
Исследователи из лаборатории перспективных электродных материалов для химических источников тока и лаборатории функциональных материалов для электроники и медицины Федерального исследовательского центра проблем химической физики и медицинской химии Российской академии наук (ФИЦ ПХФ и МХ РАН) предложили методику самосгущения электролита, которая открывает новые возможности для разработки высокоэффективных гелевых электролитов не только для калий-ионных батарей, но и для других типов энергетических устройств.
В условиях необходимости устойчивого развития рынка энергетических накопителей происходит постепенный переход от традиционных литий-ионных аккумуляторов к альтернативным технологиям. Среди них особое внимание привлекают калий-ионные батареи, которые обладают рядом преимуществ, таких как доступность калия и потенциал для снижения стоимости. Однако на сегодняшний день их практическое внедрение сталкивается с рядом технических препятствий, связанных с недостаточной оптимизацией компонентов и отсутствием эффективных электролитных систем.
Одной из ключевых проблем является разработка безопасных и стабильных гелевых полимерных электролитов, которые обеспечивают хорошую электропроводность и механическую прочность. В литий-ионных батареях широко используют гелиобразующие полимеры, образующиеся в процессе in situ полимеризации, инициируемой растворимыми в электролите инициаторами. Однако аналогичные подходы не работают для калий-ионных систем, поскольку используемый в них инициатор -KPF6 - не вызывает необходимой реакции полимеризации.
В исследовании предложено решение этой проблемы посредством использования новой добавки - NOPF6, которая запускает реакцию полимеризации диизоксолана (DOL) внутри ячейки, приводя к образованию гелевого электролита прямо в процессе работы батареи. Такой подход позволил создать первые калий-ионные батареи с гелевым полимерным электролитом на основе DOL и добиться значительного улучшения циклической стабильности.
Дополнительно проведённое детальное исследование реакции полимеризации с помощью газовой хроматографии-масс-спектрометрии (GC-MS) выявило ключевые промежуточные соединения и механизмы стабилизации оксониевых ионов, а также природу конечных групп в цепях полимера. Полученные фундаментальные знания и предложенная методика самосгущения электролита открывают новые возможности для разработки высокоэффективных гелевых электролитов не только для калий-ионных батарей, но и для других типов энергетических устройств.
Данный подход представляет собой важный шаг к созданию более безопасных, долговечных и экономичных аккумуляторов будущего, способных заменить существующие технологии и обеспечить устойчивое развитие энергетики.
В исследовании принимали участие Е.Щурик, Ю.Балуда, О.Краевая из лаборатории перспективных электродных материалов для химических источников тока, С.М.Алдошин - научный руководитель ФИЦ ПХФ и МХ РАН, вице-президент РАН, и П.Трошин из лаборатории функциональных материалов для электроники и медицины.
Статья об исследовании опубликована в журнале Sustainable Energy and Fuels - https://doi.org/10.1039/D4SE01421A.
По материалам:
https://icp-ras.ru/o-centre/nauchnye-publikacii-fic-pxf-i-mx-ran/razvitie-gelevyx-polimernyx-elektrolitov-dlya-kalij-ionnyx-batarej-novye-podxody-i-perspektivy/,
https://www.elec.ru/news/2025/05/22/razvitie-gelevyh-polimernyh-elektrolitov-pozvolit.html
