Металло-ионные батареи (MIB), такие как литий-ионные батареи, в настоящее время являются многообещающим решением для хранения энергии, однако эти батареи страдают от экологических и экономических проблем - сильной зависимости от невозобновляемых металлов, что угрожает их доступности. Кроме того, их токсичность и воспламеняемость небезопасны и вредны для окружающей среды.

Исследователи из Университета науки и технологий имени короля Абдуллы (KAUST) показали, что перезаряжаемые батареи в которых, в качестве носителей заряда используются катионы аммония, могут стать экологически безопасными и устойчивыми заменителями батарей на основе ионов металлов.

Ранее было предпринято несколько попыток создать батареи на основе ионов аммония для решения проблем устойчивости и защиты окружающей среды, поскольку эти катионы легкие, их легко синтезировать и перерабатывать. Однако катионы аммония склонны восстанавливаться до водорода и аммиака при низком рабочем потенциале, что не позволяет батареям полностью раскрыть свой потенциал. Они также легко растворяются в электролитах.

Команда KAUST разработала высокоэффективную безметалловую батарею, объединив электролит, содержащий катионы аммония, с углеродными электродами. По словам исследователей, графитовый катод и анод из органического полупроводника дешевы, безвредны для окружающей среды и возобновляемы.

С катионами аммония они выбрали ионы гексафторфосфата в качестве носителей отрицательного заряда и использовали способность графита обратимо размещать эти анионы в своих слоях для создания «двухионной» батареи. В аккумуляторе катионы и анионы одновременно внедряются в соответствующие электроды во время циклов зарядки и высвобождаются в электролит во время циклов разрядки.

«Мы разработали электролит, обладающий как антиоксидантными, так и антивосстановительными свойствами, путем отбора ряда растворителей, устойчивых к высокому напряжению, а также принимая во внимание его устойчивость к восстановлению», - говорит доктор Жимин Чжао.

Аккумулятор превзошел существующие аналоги на основе ионов аммония с рекордным рабочим напряжением 2,75 вольта. «Теперь можно разработать высокоэнергетические неметаллические ионные батареи, которые могут конкурировать с металлоионными батареями», - говорит Чжао.

В настоящее время исследователи работают над повышением производительности, чтобы приблизиться к крупномасштабным приложениям. «Мы изучаем анодные материалы с более высокой емкостью, что имеет решающее значение для повышения плотности энергии», - говорит Чжао.