很難想象我們的日常生活中沒(méi)有鋰離子電池。它們主導(dǎo)了便攜式電子設(shè)備的小規(guī)格電池市場(chǎng)，也普遍用于電動(dòng)汽車。與此同時(shí)，鋰離子電池也存在一些嚴(yán)重的問(wèn)題，包括：在低溫下存在潛在的火災(zāi)隱患和性能下降；以及廢舊電池處理對(duì)環(huán)境的影響相當(dāng)大。
據(jù)俄羅斯一研究團(tuán)隊(duì)的領(lǐng)頭人、圣彼得堡大學(xué)電化學(xué)系教授奧列格·列文介紹，化學(xué)家們一直在探索將氧化還原活性的含硝基基聚合物作為電化學(xué)儲(chǔ)能材料。這些聚合物的特點(diǎn)是能量密度高，由于快速氧化還原的動(dòng)力學(xué)，這種聚合物電池充電和放電速度快。但具體實(shí)施到產(chǎn)品中時(shí)，面臨的一個(gè)挑戰(zhàn)是電導(dǎo)率不足，這阻礙了電荷的收集，即使使用高導(dǎo)電性的添加劑，如碳也難以解決問(wèn)題。
圣彼得堡大學(xué)的研究人員為了尋找解決這個(gè)問(wèn)題的方法，合成了一種基于鎳硒復(fù)合物（NiSalen）的聚合物。這種金屬聚合物的分子就像一根分子線，將能量密集的硝酰垂體連接在上面。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。
'我們?cè)?016年提出了這種材料的概念。當(dāng)時(shí)，我們開(kāi)始開(kāi)發(fā)一個(gè)基礎(chǔ)項(xiàng)目 "基于有機(jī)金屬聚合物的鋰離子電池電極材料"。該項(xiàng)目得到了俄羅斯科學(xué)基金會(huì)的資助。在研究這一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)鍵的發(fā)展方向。首先，這類化合物可以作為保護(hù)層，覆蓋在電池的主導(dǎo)體電纜上，否則就會(huì)用傳統(tǒng)的鋰離子電池材料制成。其次，它們可以作為電化學(xué)儲(chǔ)能材料的活性成分，"Oleg Levin解釋說(shuō)。
這種聚合物的研發(fā)花了三年多的時(shí)間。在第一年，科學(xué)家們對(duì)新材料的概念進(jìn)行了測(cè)試：他們將各個(gè)成分結(jié)合起來(lái)，以模擬導(dǎo)電的主干和具有氧化還原活性的含硝基氧基的垂體。必須確保該結(jié)構(gòu)的所有部分都能相互配合與加強(qiáng)。下一階段是化合物的化學(xué)合成。這是項(xiàng)目中最具挑戰(zhàn)性的部分。這是因?yàn)橛行┏煞謽O為敏感，即使是科學(xué)家最輕微的錯(cuò)誤也可能導(dǎo)致樣品的降解。
在獲得的幾種聚合物試樣中，只有一種試樣是足夠穩(wěn)定和高效的。新化合物的主鏈?zhǔn)怯涉嚺cSalen配體的復(fù)合物形成的（Salen這個(gè)名字是由水楊醛（salicylaldehyde）和乙二胺（ethylenediamine，en）組合而成）。一種能夠快速氧化和還原（充放電）的穩(wěn)定自由基通過(guò)共價(jià)鍵與主鏈相連。
'使用我們的聚合物制造的電池可以在幾秒鐘內(nèi)完成充電--比傳統(tǒng)的鋰離子電池快10倍左右。這一點(diǎn)已經(jīng)通過(guò)一系列實(shí)驗(yàn)得到了證明。但是，現(xiàn)階段，它的容量仍然落后--比鋰離子電池低30-40%。Oleg Levin說(shuō)："我們目前正在努力改善這一指標(biāo)，同時(shí)保持充放電速率。
新電池的陰極已經(jīng)制造完成，用于化學(xué)電流源的正極?，F(xiàn)在我們需要負(fù)極，事實(shí)上，它不需要從頭開(kāi)始制作，可以從現(xiàn)有的電極中選擇。它們搭配在一起將形成一個(gè)系統(tǒng)，在某些領(lǐng)域，可能很快就會(huì)取代鋰離子電池。
'新電池能夠在低溫下工作，在快速充電需求高的地方，它將是一個(gè)很好的選擇。它使用起來(lái)很安全，沒(méi)有任何可能構(gòu)成燃燒危險(xiǎn)的物質(zhì)，不像現(xiàn)在普遍使用的鈷基電池。它所含的可能對(duì)環(huán)境造成危害的金屬也大大減少。Oleg Levin說(shuō)："我們的聚合物中含有少量的鎳，但比鋰離子電池中的鎳含量少得多。
原標(biāo)題：新型聚合物電池誕生 充電速度比鋰離子電池快10倍
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