Российские и немецкие исследователи разработали экспериментальную установку, которая позволяет детально изучать процесс разряда-заряда и износ органических батарей. Она ускорит создание полностью «зеленой» замены для литий-ионных аккумуляторов, сообщила в среду пресс-служба Российского научного фонда (РНФ).
«В настоящее время особенно актуальна разработка новых способов эффективного и безопасного хранения электроэнергии. 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», — сообщил профессор Санкт-Петербургского государственного университета Олег Левин, чьи слова приводит пресс-служба РНФ.
Так называемые органические аккумуляторы — источники энергии, в которых ток производится в результате электрохимических взаимодействий между различными полимерами, которые содержат большое число атомов кислорода и азота. Первые подобные источники энергии создали еще в начале текущего столетия.
Дальнейшее развитие этих аккумуляторов осложнено тем, что высокоэффективный катод и анод, положительный и отрицательный полюс батареи, достаточно сложно создать, не применяя соединения никеля, лития и других металлов. По этой причине ученые сейчас активно изучают электрохимические свойства самых разных органических веществ в надежде найти подходящий материал для изготовления анода и катода.
Ускоренная разработка аккумуляторов
Профессор Левин и его коллеги разработали установку, которая ускорит эти поиски. Она позволяет отслеживать то, как движутся электроны внутри органической батареи, а также наблюдать за тем, как происходят различные электрохимические реакции с их участием.
В ее основе лежит использование метода электронного парамагнитного резонанса, который позволяет отслеживать то, как неспаренные электроны в атомах поглощают пучки электромагнитного излучения. Это позволяет отслеживать то, как химические структуры с подобными электронами вступают в различные окислительно-восстановительные реакции, а также оценивать эффективность работы электрода.
Работу этой установки ученые проверили на ряде полимеров с высоким содержанием так называемых нитроксильных радикалов. Эти вещества считаются одним из самых перспективных кандидатов на роль основы для полностью органического анода, что заставляет ученых исследовать их свойства и искать пути по их улучшению.
Первые опыты с одним из подобных материалов, p-DiTS, помогли профессору Левину и его коллегам раскрыть причину того, почему катоды из этого вещества быстро теряют свои свойства через несколько десятков циклов разряда и заряда. Эти сведения, как надеются ученые, помогут создать аналоги p-DiTS, которые сохранят его высокую емкость, но при этом будут значительно более долговечными.
