Struktura 3D zmienia zasady gry. Polimer HAT-TP rozwiązuje stare problemy
Sekretem sukcesu okazał się polimer HAT-TP o trójwymiarowej budowie. Naukowcy stworzyli materiał radzący sobie z podstawowymi bolączkami dotychczasowych rozwiązań organicznych. Kluczowe było pokonanie problemu rozpuszczalności, który nękał wcześniejsze projekty. Tradycyjne materiały po prostu ulegały degradacji w trakcie użytkowania. Trójwymiarowa struktura nie tylko zapobiega rozpuszczaniu się cząsteczek, lecz dodatkowo zapewnia lepszą koordynację jonów dzięki licznym elektroaktywnym miejscom. Działanie baterii opiera się na odwracalnym procesie współwnikania jonów cynku i wodoru, umożliwiając pięcioelektronowy transfer ładunku. Choć brzmi to skomplikowanie, w praktyce przekłada się na niezwykłą wydajność i stabilność.
Parametry nowej baterii znacząco przewyższają wszystko, co do tej pory osiągnięto w tej dziedzinie. Początkowe napięcie rozładowania wynosi 1,32 V, a średnie utrzymuje się na poziomie 1,17 V. To wartości wyraźnie wyższe niż w przypadku konwencjonalnych katod organicznych. Najbardziej imponuje jednak trwałość. Po 40 000 cykli ładowania przy natężeniu 5 A g⁻¹ bateria zachowuje 93,4% początkowej pojemności. Gęstość energii sięga 192,8 Wh kg⁻¹, co w połączeniu z lekkością i brakiem toksycznych metali stanowi naprawdę obiecującą kombinację.
Nasza praca pokazuje, że polimeryzacja molekularna 3D jest potężną strategią do przezwyciężenia długotrwałych barier w bateriach cynkowo-organicznych. Zdolność do zachowania ponad 90% pojemności po 40 000 cykli jest bezprecedensowa w tej dziedzinie – tłumaczą autorzy
Badania teoretyczne potwierdziły mechanizm działania, wykazując silniejsze wiązanie jonów w strukturze HAT-TP w porównaniu z materiałami konwencjonalnymi.
Najważniejszy test wciąż przed azjatycką technologią
Nowa technologia teoretycznie otwiera możliwości w kilku obszarach. Długowieczność i wysoka gęstość energii mogłyby znaleźć zastosowanie w wielkoskalowym magazynowaniu energii dla sieci elektroenergetycznych, gdzie niezawodność ma kluczowe znaczenie. Równie atrakcyjnie wyglądają potencjalne zastosowania w elektronice noszonej i elastycznych urządzeniach. Lekkie, nietoksyczne źródła zasilania to coś, czego rynek potrzebuje od dawna. Trzeba jednak pamiętać, że nawet jeśli wyniki testów są imponujące, pytanie brzmi: kiedy i za jaką cenę ta technologia mogłaby stać się dostępna komercyjnie?
Czytaj też: Chiński pociąg pobił rekord prędkości. Fenomenalny wynik obiegł cały świat
Badacze sugerują, iż zasady projektowania polimerów 3D można rozszerzyć na inne systemy elektrochemiczne, w tym baterie litowo-siarkowe i sodowe. Wyniki dotychczasowych badań opublikowane w czasopiśmie eScience, a płynące z nich wnioski sugerują, że materiały organiczne mogą konkurować z nieorganicznymi pod względem wydajności i trwałości. Pozostaje pytanie, czy uda się te laboratoryjne sukcesy przełożyć na praktyczne rozwiązania dostępne dla przeciętnego użytkownika.