Исследователи из Университета Тохоку в сотрудничестве с Nitto Boseki Co., Ltd. разработали новый органический редокс-полимер, пригодный для применения в водно-аккумуляторных батареях, которые могут быть переработаны при мягких условиях.
Акумуляторы с водной электролитной средой безопасны и относительно недороги, но до сих пор ограничены в применении — например, в накопителях энергии или электромобилях — из-за несовместимости большинства электродных материалов с такими растворами. Особенно сложной была ситуация с органическими редокс-полимерами: их гидрофобность ухудшала взаимодействие с водной средой, а сложности утилизации и переработки затрудняли развитие технологии.
В новой работе учёные внедрили молекулу p-дихидроксибензола, обладающую высокой ёмкостью накопления заряда, в полиамин — водорастворимый благодаря положительно заряженным группам. Это было сделано посредством простой реакции конденсации. Получившийся полимер сохраняет высокую гидрофильность, может функционировать в качестве активного электродного материала при комнатной температуре (25 °C) и разлагается на исходные компоненты при температурах ниже 100 °C.
Ассоциированный профессор института многодисциплинарных исследований передовых материалов при Тохоку, Kouki Oka, пояснил, что исследование предлагает стратегию проектирования, позволяющую сделать гидрофобные редокс-молекулы совместимыми с водными системами. Он добавил, что сочетание высокой ёмкости накопления зарядов и возможности переработки открывает новые направления в области устойчивых исследований батарей.
Отметим два ключевых преимущества предложенного материала. Во-первых, использование водных электролитов исключает риск возгорания, характерный для традиционных органических растворителей. Во-вторых, новый полимер состоит из распространённых элементов и разлагается при мягких условиях, что потенциально снижает потребление ресурсов и объём пластических отходов.
Oka также сообщил, что следующим этапом станет оценка долговечности и других эксплуатационных характеристик материала, чтобы определить его потенциал в реальной практике