office@icp.ac.ru
+7 496 522-51-64
|
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 нового 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 – лаборатория перспективных электродных материалов для химических источников тока, С.М. Алдошин – научный руководитель ФИЦ ПХФ и мХ РАН и П. Трошин – лаборатория функциональных материалов для электроники и медицины Elena V Shchurik, Yuriy Baluda, Olga A Kraevaya, Sergey M. Aldoshin, Pavel A. Troshin // Exploring 1,3-dioxolane polymerization initiated by NOPF6: a universal approach to self-solidifying electrolytes for high-capacity retention potassium batteries // Sustainable Energy and Fuels, том 9, издание 8, страницы 2072-2078. Q-1, IF=5 |
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 нового 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 – лаборатория перспективных электродных материалов для химических источников тока, С.М. Алдошин – научный руководитель ФИЦ ПХФ и мХ РАН и П. Трошин – лаборатория функциональных материалов для электроники и медицины
Elena V Shchurik, Yuriy Baluda, Olga A Kraevaya, Sergey M. Aldoshin, Pavel A. Troshin // Exploring 1,3-dioxolane polymerization initiated by NOPF6: a universal approach to self-solidifying electrolytes for high-capacity retention potassium batteries // Sustainable Energy and Fuels, том 9, издание 8, страницы 2072-2078. Q-1, IF=5