Об этом сообщила пресс-служба университета.
Результаты работы, поддержанной грантом РНФ, были опубликованы в научном журнале Energy & Environmental Science.
Сегодня традиционные литиевые аккумуляторы используются повсеместно: в компьютерах, сотовых телефонах, фотоаппаратах и другой технике.
Однако при производстве таких аккумуляторов используются тяжелые металлы, например никель и кобальт, которые при утилизации техники попадают в почву и грунтовые воды, загрязняя окружающую среду.
Кроме того, металлы могут накапливаться в организме и приводить к интоксикации.
Вместе с тем ресурсы для изготовления литиевых аккумуляторов ограничены, и с каждым годом рудные месторождения по всему миру истощаются.
Международная команда ученых, в состав которой вошли химики научной группы «Органические электродные материалы для химических источников тока» СПбГУ, разработала электродную установку, на которой с помощью электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) исследовали различные полимеры.
Метод ЭПР позволяет:
- определить наличие радикалов и протекающих окислительно-восстановительных реакций в структуре активного электрода,
- проанализировать его свойства,
- разработать стратегии для увеличения эффективности его работы.
Кроме того, метод дает возможность выявлять изменения в пленке и обнаруживать неактивные центры, наличие которых снижает эффективность работы аккумулятора.
На базе научной лаборатории Berlin Joint EPR lab химики провели эксперименты на пленке p-DiTS — она достаточно стабильна из-за фрагментов гетероциклического радикала TEMPO (2,2,6,6-тетраметилпиперидин-1-ил)оксил), но теряет свою активность после 36 циклов окислительно-восстановительных реакций.
Это связано с тем, что на пленке формируются области из электрохимически неактивных частиц, что приводит к ухудшению проводимости.
Тезисы руководителя проекта, профессора кафедры электрохимии СПбГУ О. Левина:
- разработанная электродная установка позволяет нам провести исследование и понять, как на пленке образуются такие «пустые» области;
- это даст возможность химически изменять структуру полимера, чтобы в итоге получить материал с высокой емкостью и стабильностью.
Они работают на окислительно-восстановительных реакциях: при разрядке радикал окисляется до положительного катиона, а при зарядке восстанавливается обратно, что позволяет увеличить энергоэффективность аккумулятора.
Сейчас уже разработаны прототипы аккумуляторов на основе нитроксильных радикалов, которые могут заряжаться за считаные секунды, однако их энергия пока в 2 раза меньше, чем у литий-ионных систем.
Тезисы О. Левина:
- в настоящее время разработка способов эффективного и безопасного хранения электроэнергии очень актуальна;
- результаты нашей работы помогут приблизить широкое производство органических аккумуляторов, которые не содержат тяжелых металлов;
- они будут достаточно эффективными в работе, безопасными в использовании и простыми в утилизации вместе с бытовыми отходами.
В настоящее время Россия пока еще получает данный продукт из Боливии, однако если и она откажется поставлять сырье, ситуация усложнится.
