Obecnie produkowane baterie z ograniczonych materiałów prędzej, czy później muszą odejść do lamusa i o to walczą obecnie zespoły naukowców z całego świata.
Ostatnio jednak, to badacze Skoltech we współpracy z naukowcami z Instytutu Problemów Fizyki Chemicznej RAS i Uralskiego Uniwersytetu Federalnego wykazali, że akumulatory o dużej pojemności i dużej mocy można wytwarzać z materiałów organicznych bez litu i innych rzadkich pierwiastków. Odkryli też, że odpowiednik baterii, ale na bazie potasu może prowadzić nie tylko do ogniw o wysokiej gęstości energetycznej, ale też niesamowitych pod kątem prędkości ładowania.
Badacze Skoltech pod kierownictwem profesora Pavla Troshina poczynili znaczne postępy w rozwoju baterii sodowych i potasowych opartych na organicznych materiałach katodowych. Ich pierwsze odkrycie sprowadza się do polimeru z fragmentami heksaazatrifenylenowymi, który gwarantuje akumulatorowi wytrzymałość rzędu tysięcy cykli ładowania i rozładowywania, choć cechuje go niski potencjał (1,6 V). Stąd dalsza eksploracja tematu, która zaowocowała polimerem na bazie dihydrofennazyny. Ten nie ma tej wady i zapewnia wzrost średniego napięcia roboczego akumulatora do 3,6 wolta przy zachowaniu wysokiej wytrzymałości.
Na sam koniec przyjrzeli się akumulatorom metalowo-jonowym – niebezpiecznym, ale dosyć niesamowitym pod kątem osiągów. W wydaniu badaczy odegrały jednak role podobne stopy, ale potasu i sodu na bibule węglowej (odpowiedniku anody) i polimerach aktywnych redoks (odpowiedniku katod). Wtedy wykazali, że takie akumulatory można naładować i rozładować w mniej niż 10 sekund. Co ciekawe, jedna z katod polimerowych wykazywała najwyższą pojemność energetyczną akumulatorów potasowych, podczas gdy druga wykazała doskonałą wytrzymałość, przy jedynie 11 procentach pojemności utraconej po 10000 cyklach ładowania i rozładowania. Ponadto akumulatory oparte na tych dwóch materiałach wykazały niezrównaną charakterystykę mocy wynoszącą prawie 100000W/kg, poziom typowy dla superkondensatorów. Jak komentuje jeden z badaczy:
Akumulatory metalowo-jonowe i superkondensatory są obecnie najpopularniejszymi rozwiązaniami do magazynowania energii. Te pierwsze przechowują dużo energii na jednostkę masy, ale ładują się powoli i dość szybko tracą pojemność po kilku cyklach, podczas gdy te drugie ładują szybko i wytrzymują dziesiątki tysięcy cykli, ale mają słabą pojemność magazynowania. Pokazaliśmy, że elektroaktywny organiczny materiały może utorować drogę nowej generacji elektrochemicznych urządzeń do magazynowania energii, łączących zalety akumulatorów jonowo-metalowych i superkondensatorów, eliminując w ten sposób potrzebę kosztownych związków metali przejściowych i litu.
