圣彼得堡大学开发新型电池 充电速度比锂离子电池快十倍

据外媒报道，圣彼得堡大学（St Petersburg University）开发了一种新型电池，其充电速度比锂离子电池快十倍。此外，就潜在的火灾隐患而言，这种电池更加安全，对环境的影响也较小。

（图片来源：phys.org）

在日常生活中，锂离子电池广泛应用于便携式电子设备和电动汽车等领域。然而，这种电池也存在若干问题，比如可能发生火灾，以及在低温环境下出现性能损耗，另外，报废电池可能造成环境污染。

化学家们一直在探讨，将具有氧化还原活性的含硝酰基聚合物作为电化学储能材料。由于快速的氧化还原动力学过程，这些聚合物的能量密度高，充放电速度快。实施这类技术的挑战在于电导率不足，即使加入高导电性添加剂（如碳），也会阻碍电荷收集。

为了解决这一问题，圣彼得堡大学的研究人员合成了一种基于镍-萨伦配合物(NiSalen)的聚合物。这种金属聚合物的分子起到了分子导线的作用，而能量密集型硝酰基侧基附着在其上。该材料的分子结构使其能够在较宽的温度范围内实现高电容性能。该校电化学系教授Oleg Levin表示：“2016年我们提出这一材料概念，并着手开发基于有机金属聚合物的锂离子电池电极材料。在探讨这类化合物的电荷传输机制时，我们发现有两个关键发展方向。首先，这些化合物可以作为保护层覆盖电池的主导体电缆，取代以前锂离子电池使用的相关材料。其次，它们可以用作电化学储能材料的活性成分。”

研究人员花了三年多时间来开发这种聚合物。第一年，科学家们测试了这种新材料概念：他们将单个构成部分结合起来，以模拟导电骨架和具有氧化还原活性的含硝酰基侧基。必须确保该结构的所有部分协同工作并相互加强。下一步是化合物的化学合成。这是该项目中最具挑战性的部分，因为有些成分非常敏感，极易导致样品退化。

在所获得的几种聚合物样品中，只有一种足够稳定和有效。新化合物的主链由镍与萨伦配体的配合物构成。能够快速氧化和还原(充电和放电)的稳定自由基，通过共价键连接到主链上。Oleg Levin表示：“实验表明，使用我们的聚合物来制造电池，可使其在几秒内完成充电，比传统锂离子电池约快10倍。但是，这种电池的容量目前比锂离子电池低30-40%。我们正在努力改进这一指标，同时保持充放电速率。”

新电池的正极已经制作完成，可用于化学电流源。至于负极，可以选择现有类型，不一定需要重新开发。新组合系统可能在某些领域很快取代锂离子电池。

研究人员表示：“新电池能够低温运行，非常有利于快速充电。与目前使用的钴基电池相比，这种电池更加安全，能够有效避免火灾风险。同时，其中可能对环境造成危害的金属含量要少得多。我们的聚合物中含有少量镍，但与锂离子电池相比，镍含量要少得多。”