Прорыв в хранении энергии. Ученые создали рекордно долговечную органическую батарею

Новый аккумулятор на основе полимера HAT-TP (гексаазатрифенилен-триптицен) сохраняет 93,4% своей емкости после 40 000 циклов зарядки и разрядки и работает с напряжением 1,32 В, что является рекордом для цинк-органических систем.

Органические батареи давно считаются идеальным решением для устойчивого хранения энергии: они легкие, пригодны для переработки и не содержат токсичных металлов. Однако главной проблемой оставалась их низкая мощность и нестабильность. Благодаря новой трехмерной структуре исследователи смогли преодолеть ограничения растворимости и электропроводности, которые десятилетиями сдерживали развитие этой технологии.

Команду возглавили специалисты из Нанкинского университета почты и телекоммуникаций, Национального университета Сингапура, Сучжоуского института нанотехнологий и нанобионики и A*STAR. Их разработка демонстрирует среднее напряжение 1,17 В и эффективность зарядки более 99%, что существенно превышает показатели предыдущих органических катодов.

Анализы с помощью рентгеновской дифракции, ИК-спектроскопии, ЯМР и электронной микроскопии подтвердили пористую трехмерную структуру, благодаря которой аккумулятор получил высокую окислительно-восстановительную активность. Моделирование показало, что батарея работает через обратный механизм вставки ионов Zn²⁺/H⁺, что обеспечивает пятиэлектронный процесс передачи — ключ к ее высокой эффективности.

«Мы продемонстрировали, что трехмерная молекулярная полимеризация — мощная стратегия для преодоления давних барьеров цинк-органических батарей», — отметили соавторы исследования, профессора Чаобинь Хэ, Вэньюн Лай и Цичун Чжан, — «Материал HAT-TP сочетает высокое напряжение, стабильность и исключительную долговечность, что делает его конкурентным даже по сравнению с неорганическими системами».

Благодаря удельной энергии до 192,8 Вт-ч/кг, экологичности и чрезвычайной долговечности технология HAT-TP открывает путь к безопасным и устойчивым системам хранения энергии. Она может найти применение в сетевых накопителях, гибкой и носимой электронике, где требуются легкие и нетоксичные источники питания.

Исследование опубликовано в журнале eScience.