Новият органичен акумулатор издържа на 40 000 цикъла на зареждане

Учени от Китай и Сингапур разработиха батерия HAT-TP с добавяне на цинк, способна да преодолее основните ограничения на органичните акумулатори — ниска мощност и нестабилност. Новият полимерен материал осигурява начално напрежение 1,32 V и запазва 93% от капацитета си след 40 000 цикъла на зареждане и разреждане. Разработката отваря пътя към безопасни, рециклируеми и ефективни източници на енергия за гъвкава електроника и големи системи за съхранение на данни.

Органичните батерии биха могли да бъдат идеалното решение за съхранение на енергия благодарение на лекотата, рециклируемостта и липсата на токсични метали. Те обаче не разполагат с достатъчна мощност и стабилност. Изследователите създадоха нов полимерен материал, който преодолява тези ограничения, осигурявайки рекордно напрежение и дълготрайност.

Акумулаторът HAT-TP е базиран на хексаазатрифенилен и триптиценови фрагменти, обединени в триизмерна полимерна структура. Тази структура увеличава броя на електроактивните центрове и подобрява проводимостта. Тя също така намалява разтворимостта на катода в електролита, което се отразява добре на срока на експлоатация на батерията. В резултат на това акумулаторът демонстрира стабилна работа и изключителни електрохимични свойства.

Механизмът на работа на батерията се основава на обратимото съвместно вмъкване на цинкови йони (Zn²⁺) и протони (H⁺), което позволява на акумулаторната батерия да пренася пет електрона и да демонстрира висока окислително-редукционна активност. Теоретичните изчисления показват, че в HAT-TP цинковите йони и протоните се свързват особено здраво с полимерната структура. Това обяснява защо батерията е способна да дава високо напрежение при заряд.

Тестовете показаха, че батерията осигурява начално напрежение 1,32 V и средно напрежение 1,17 V, както и запазва над 93% от капацитета си след 40 000 цикъла при натоварване 5 A·h⁻¹ с почти 100% кулонова ефективност. Това е един от най-високите показатели за дълготрайност за цинк-органични акумулатори на водна основа. Плътността на енергията е 192,8 Вт·ч·кг⁻¹.

Батериите HAT-TP могат да се използват в големите енергийни хранилища, както и в гъвкавата и преносима електроника, където са важни лекотата, безопасността и екологичността. Изследователите смятат, че принципите на проектиране на триизмерните полимери могат да се пренесат и върху други акумулаторни системи, включително литиево-серните и натриевите батерии.