Сотрудники Лаборатории полимерных солнечных батарей ИСПМ РАН к.х.н. И.А. Чуйко, М.Д. Хитров и д.х.н. Ю.Н. Лупоносов совместно с учеными из Южной Кореи и Японии разработали новый органический полимерный материал, который сочетает высокое рабочее напряжение, быструю работу и длительный срок службы. Полученные результаты открывают перспективы для создания более эффективных и устойчивых натрий-ионных аккумуляторов — перспективной альтернативы литий-ионным батареям. Результаты исследований опубликованы в статье «Molecular Engineering of Polytriphenylamine: A Fluorinated Cathode for High-Voltage, Ultrafast, and Stable Sodium-Ion Batteries» в журнале Advanced Energy Materials. Органические материалы привлекают внимание исследователей благодаря возможности целенаправленно изменять их молекулярную структуру, относительно невысокой стоимости и использованию распространённых химических элементов. Однако одним из основных ограничений органических катодов остаётся сравнительно низкое рабочее напряжение. Для решения этой проблемы исследователи предложили новый подход к молекулярному дизайну азотсодержащих сопряжённых полимеров. Учёные модифицировали поли(трифениламин), введя в его структуру пентафторфенильные группы, и получили новый полимер — PFTPA. Фторирование позволило изменить электронное строение материала и уменьшить структурные изменения, происходящие в процессе зарядки и разрядки аккумулятора. Разработанный материал продемонстрировал высокие электрохимические характеристики. При скорости 1C катод на основе PFTPA обеспечил удельную ёмкость 77 мА·ч·г⁻¹ и среднее разрядное напряжение 3,75 В относительно Na/Na⁺. При этом материал сохранял 60,5% своей ёмкости даже при сверхвысокой скорости 200C, что свидетельствует о высокой скорости протекания электрохимических процессов.
Особенно важным результатом стала высокая стабильность материала. При скорости 10C PFTPA сохранял стабильную работу более 10 000 циклов зарядки и разрядки.
Таким образом, новый полимер объединяет сразу несколько важных характеристик — высокое рабочее напряжение, быструю кинетику и длительный срок службы. Это делает PFTPA перспективным материалом для разработки нового поколения высокоэффективных и более устойчивых натрий-ионных аккумуляторов.
Работа выполнена при поддержке Министерства науки и высшего образования РФ (грант № 075-15-2024-532) и Национального исследовательского фонда Кореи (NRF).