新聚合物化学式的符号表示。资料来源：Anatoly A.Vereshchagin。

此外，它在潜在的火灾隐患方面更安全，对环境的影响也更低。

很难想象没有锂离子电池我们的日常生活。它们主导着便携式电子设备的小型电池市场，也常用于电动汽车。与此同时，锂离子电池存在许多严重问题，包括：潜在的火灾隐患和低温下的性能损失；以及废电池处理的相当大的环境影响。

据研究小组组长、圣彼得堡大学电化学系教授Oleg Levin介绍，化学家们一直在探索含有氧化还原活性硝基氧的聚合物作为电化学储能材料。由于快速的氧化还原动力学，这些聚合物的特征在于高能量密度和快速的充电和放电速度。实现这种技术的一个挑战是导电性不足。这阻碍了电荷的收集，即使使用高导电添加剂，例如碳。

为了寻找克服这个问题的解决方案，圣彼得堡大学的研究人员合成了一种基于镍-萨伦络合物（NiSalen）的聚合物。这种金属聚合物的分子起到分子丝的作用，在分子丝上连接着能量密集型硝基氧基吊坠。该材料的分子结构使得能够在宽的温度范围内实现高电容性能。

圣彼得堡大学电化学系教授奥列格·莱文。信用：SPbU。

“我们在2016年提出了这种材料的概念。当时，我们开始开发一个基础项目“基于有机金属聚合物的锂离子电池电极材料”。它得到了俄罗斯科学基金会的资助。在研究这类化合物的电荷传输机制时，我们发现有两个关键的发展方向。首先，这些化合物可以用作保护层来覆盖电池的主导体电缆，否则该电缆将由传统的锂离子电池材料制成。其次，它们可以用作电化学储能材料的活性成分，”Oleg Levin解释道。

这种聚合物花了三年多的时间才开发出来。在第一年，科学家们测试了这种新材料的概念：他们将单个组件组合在一起，模拟导电主链和含有氧化还原活性硝基氧基的吊坠。至关重要的是要确保结构的所有部分协同工作并相互加强。下一个阶段是化合物的化学合成。这是该项目中最具挑战性的部分。这是因为其中一些成分非常敏感，即使科学家的最微小错误也可能导致样品降解。

在获得的几个聚合物样品中，只有一个被发现足够稳定和有效。新化合物的主链是由镍与salen配体的配合物形成的。一种稳定的自由基，能够快速氧化和还原（充电和放电），通过共价键连接到主链上。

“使用我们的聚合物制造的电池将在几秒钟内充电，大约比传统的锂离子电池快十倍。这一点已经通过一系列实验得到了证明。然而，在现阶段，它在容量方面仍然落后——比锂离子电池低30%至40%。Oleg Levin说：“我们目前正在努力提高这一指标，同时保持充放电率。”。

新型电池的阴极已经制作完成——一种用于化学电流源的正极。现在我们需要负极——阳极。事实上，它不必从头开始创建——它可以从现有的中选择。它们配对在一起将形成一个系统，在某些领域，可能很快取代锂离子电池。

“新电池能够在低温下工作，在快速充电至关重要的情况下将是一个很好的选择。它使用起来是安全的——与当今广泛使用的钴基电池不同，没有任何可能造成燃烧危险的东西。它还含有明显较少的金属，这些金属会对环境造成危害。Oleg Levin说：“镍在我们的聚合物中含量很低，但比锂离子电池中的含量要少得多。”。

参考资料：Anatoliy A.Vereshchagin、Danil A.Lukyanov博士、Ilia R.Kulikov、Naitik A.Panjwani博士、Elena A.Alekseeva博士、Jan Behrends教授和Oleg V.Levin教授的《快速与贪婪：有机电池用的A[Ni（Salen）]-TEMPO氧化还原导电聚合物》，2020年11月17日，《电池与超级电容》。

内政部：10.1002/batt.2000220