Органические батареи могли бы стать идеальным решением для хранения энергии благодаря легкости, перерабатываемости и отсутствию токсичных металлов. Однако им не хватает мощности и стабильности. Исследователи создали новый полимерный материал, который преодолевает эти ограничения, обеспечивая рекордное напряжение и долговечность.

Аккумулятор HAT-TP основан на гексаазатрифенилене и триптиценовых фрагментах, объединенных в трехмерный полимерный каркас. Такая структура увеличивает количество электроактивных центров и улучшает проводимость. Она также снижает растворимость катода в электролите, что хорошо сказывается на сроке службы батареи. В результате аккумулятор демонстрирует стабильную работу и выдающиеся электрохимические свойства.

Механизм работы батареи основан на обратимой совместной вставке ионов цинка (Zn²⁺) и протонов (H⁺), что позволяет аккумулятору переносить пять электронов и демонстрировать высокую окислительно-восстановительную активность. Теоретические расчеты показали, что в HAT-TP ионы цинка и протоны особенно прочно связываются с полимерной структурой. Это объясняет, почему батарея способна выдавать высокое напряжение при разряде.

Испытания показали, что батарея обеспечивает начальное напряжение 1,32 В и среднее напряжение 1,17 В, а также сохраняет более 93% емкости после 40 000 циклов при нагрузке 5 А·г⁻¹ с почти 100% кулоновской эффективностью. Это один из самых высоких показателей долговечности для цинк-органических аккумуляторов на водной основе. Плотность энергии составила 192,8 Вт·ч·кг⁻¹.

Батареи HAT-TP могут применяться в крупномасштабных хранилищах энергии, а также в гибкой и носимой электронике, где важны легкость, безопасность и экологичность. Исследователи полагают, что принципы проектирования трехмерных полимеров можно перенести на другие аккумуляторные системы, включая литий-серные и натриевые батареи.