很難想象我們的日常生活中沒有鋰離子電池。它們主導(dǎo)了便攜式電子設(shè)備的小規(guī)格電池市場，也普遍用于電動汽車。與此同時，鋰離子電池也存在一些嚴重的問題，包括：在低溫下存在潛在的火災(zāi)隱患和性能下降；以及廢舊電池處理對環(huán)境的影響相當大。

據(jù)俄羅斯一研究團隊的領(lǐng)頭人、圣彼得堡大學(xué)電化學(xué)系教授奧列格·列文介紹，化學(xué)家們一直在探索將氧化還原活性的含硝基基聚合物作為電化學(xué)儲能材料。這些聚合物的特點是能量密度高，由于快速氧化還原的動力學(xué)，這種聚合物電池充電和放電速度快。但具體實施到產(chǎn)品中時，面臨的一個挑戰(zhàn)是電導(dǎo)率不足，這阻礙了電荷的收集，即使使用高導(dǎo)電性的添加劑，如碳也難以解決問題。

圣彼得堡大學(xué)的研究人員為了尋找解決這個問題的方法，合成了一種基于鎳硒復(fù)合物（NiSalen）的聚合物。這種金屬聚合物的分子就像一根分子線，將能量密集的硝酰垂體連接在上面。該材料的分子結(jié)構(gòu)使其能夠在較寬的溫度范圍內(nèi)實現(xiàn)高電容性能。

'我們在2016年提出了這種材料的概念。當時，我們開始開發(fā)一個基礎(chǔ)項目 "基于有機金屬聚合物的鋰離子電池電極材料"。該項目得到了俄羅斯科學(xué)基金會的資助。在研究這一類化合物的電荷傳輸機制時，我們發(fā)現(xiàn)有兩個關(guān)鍵的發(fā)展方向。首先，這類化合物可以作為保護層，覆蓋在電池的主導(dǎo)體電纜上，否則就會用傳統(tǒng)的鋰離子電池材料制成。其次，它們可以作為電化學(xué)儲能材料的活性成分，"Oleg Levin解釋說。

這種聚合物的研發(fā)花了三年多的時間。在第一年，科學(xué)家們對新材料的概念進行了測試：他們將各個成分結(jié)合起來，以模擬導(dǎo)電的主干和具有氧化還原活性的含硝基氧基的垂體。必須確保該結(jié)構(gòu)的所有部分都能相互配合與加強。下一階段是化合物的化學(xué)合成。這是項目中最具挑戰(zhàn)性的部分。這是因為有些成分極為敏感，即使是科學(xué)家最輕微的錯誤也可能導(dǎo)致樣品的降解。

在獲得的幾種聚合物試樣中，只有一種試樣是足夠穩(wěn)定和高效的。新化合物的主鏈是由鎳與Salen配體的復(fù)合物形成的（Salen這個名字是由水楊醛（salicylaldehyde）和乙二胺（ethylenediamine，en）組合而成）。一種能夠快速氧化和還原（充放電）的穩(wěn)定自由基通過共價鍵與主鏈相連。

'使用我們的聚合物制造的電池可以在幾秒鐘內(nèi)完成充電--比傳統(tǒng)的鋰離子電池快10倍左右。這一點已經(jīng)通過一系列實驗得到了證明。但是，現(xiàn)階段，它的容量仍然落后--比鋰離子電池低30-40%。Oleg Levin說："我們目前正在努力改善這一指標，同時保持充放電速率。

新電池的陰極已經(jīng)制造完成，用于化學(xué)電流源的正極。現(xiàn)在我們需要負極，事實上，它不需要從頭開始制作，可以從現(xiàn)有的電極中選擇。它們搭配在一起將形成一個系統(tǒng)，在某些領(lǐng)域，可能很快就會取代鋰離子電池。

'新電池能夠在低溫下工作，在快速充電需求高的地方，它將是一個很好的選擇。它使用起來很安全，沒有任何可能構(gòu)成燃燒危險的物質(zhì)，不像現(xiàn)在普遍使用的鈷基電池。它所含的可能對環(huán)境造成危害的金屬也大大減少。Oleg Levin說："我們的聚合物中含有少量的鎳，但比鋰離子電池中的鎳含量少得多。