現(xiàn)代世界越來越依賴儲能設(shè)備時(shí)，實(shí)施可持續(xù)電池技術(shù)變得越來越重要，這種技術(shù)對環(huán)境更友好，易于處置，只依賴豐富的元素，而且價(jià)格便宜。Skoltech研究人員一份新報(bào)告描述了一種用于新一代儲能設(shè)備的有機(jī)材料，其結(jié)構(gòu)遵循優(yōu)雅的分子設(shè)計(jì)原則。該報(bào)告最近發(fā)表在《ACS能源應(yīng)用材料》雜志上，并成為該雜志的封面報(bào)道。

有機(jī)電池是實(shí)現(xiàn)這種目的的理想候選者。每質(zhì)量單位存儲大量能量的有機(jī)陰極材料可以快速充電，經(jīng)久耐用，同時(shí)容易大規(guī)模生產(chǎn)，但仍未得到開發(fā)。為了解決這個(gè)問題，來自Skoltech的研究人員提出了一種簡單的氧化還原活性聚酰亞胺。它是通過加熱一種芳香族二酐和偏苯二胺的混合物合成的，這兩種試劑都很容易獲得。該材料在各種類型的儲能裝置中顯示出有希望的特性，如鋰、鈉和鉀基電池。它具有較高的比容量(高達(dá)約140 mAh/g)，相對較高的氧化還原電位，以及良好的循環(huán)穩(wěn)定性(高達(dá)1000次)和快速充電能力(<1分鐘)。

這種新材料的能量和功率輸出優(yōu)于其先前已知的異構(gòu)體，后者來自于對苯二胺。首先，它有更小的顆粒和更高的表面積，這使得電荷載體更容易擴(kuò)散。其次，聚合物中相鄰的酰亞胺單元的空間排列允許金屬離子在能量上更有利地結(jié)合，這增加了氧化還原電位。

研究人員提出的是電池聚酰亞胺新分子設(shè)計(jì)原理，它是使用芳香族分子和間位氨基作為構(gòu)建塊。長期以來，科學(xué)家們對這種結(jié)構(gòu)基序的研究很少，而是使用對苯二胺或類似的結(jié)構(gòu)來代替。現(xiàn)在這項(xiàng)研究成果為理解如何在分子水平上設(shè)計(jì)電池聚酰亞胺提供了很好的提示，它可能會導(dǎo)致具有更好特性的陰極材料。