После многих лет исследований по заказу Lamborghini химики Массачусетского технологического института разработали многообещающий материал для катодов, который сможет заменить кобальт в литиевых батареях. Новые батареи позволят сэкономить до 70% затрат на производство литиевых батарей и будут содержать меньше редких и вредных химических веществ. При этом он не хуже традиционных аккумуляторов, а даже лучше.
Думаете, это новое пустое обещание? Этих батарей было бесчисленное множество. Однако Lamborghini запатентовала изобретение и намерена исследовать производство перспективных аккумуляторов.
Судя по всему, от электрификации транспорта никто не отказывается. В то же время ресурсы Земли ограничены, а аккумуляторы, изготовленные с использованием современных технологий, рано или поздно начнут исчерпать сырье. Кроме того, стратегическое сырье для производства литиевых аккумуляторов добывается в основном в социально напряженных регионах Африки. В первую очередь речь идет о добыче кобальта, которая также разрушает окружающую среду вокруг шахт.
Использование кобальта и никеля в положительном электроде литийсодержащих аккумуляторов позволяет батареям сохранять высокую емкость и плотность энергии. Неоднократные попытки заменить их другими материалами не имели большого успеха. По крайней мере, дальше лабораторного проекта дело не пошло. Заменить эти металлы органическими соединениями оказалось еще труднее. Большая способность органических веществ растворяться в электролитах существенно сузила возможности выбора. Наконец, редкое место в составе аккумуляторных электродов заняли полимеры, связывающие органические вещества, тем самым снижая емкость электродов.
По словам команды Массачусетского технологического института под руководством профессора Мирчи Динки, в качестве положительных электродов в литийсодержащих батареях ученым удалось выбрать как органические материалы с высокой пропускной способностью и емкостью по току, так и органически связанные полимеры, которые редко требовались.
«Я думаю, что этот материал может оказать большое влияние, потому что он очень хорошо работает», — сказал Мирча Динка. «Эта разработка уже конкурентоспособна по сравнению с существующими технологиями и имеет потенциал значительно снизить затраты, трудозатраты и экологические проблемы, связанные с добычей металлов, которые в настоящее время используются в батареях».
Новый катодный материал состоит из нескольких слоев бистетраамина бензохинона (TAQ). Структура этого материала аналогична графиту — материалу, часто используемому для изготовления электродов. Внутри циклической молекулы этого вещества расположены хиноны и амины. Хиноны хранят электроны, а амины образуют прочные водородные связи, которые предотвращают растворение материала катода в электролите.
Испытания этого материала показали, что его электропроводность и емкость аккумуляторов сопоставимы с традиционными кобальтсодержащими аккумуляторами. Кроме того, катодные батареи TAQ можно заряжать и разряжать быстрее, чем существующие батареи, что потенциально обеспечивает более высокую скорость зарядки электромобилей.