Ученые из МГУ ИМ. М.В. Ломоносова разработали наногели для улучшения технических, эксплуатационных характеристик поточных аккумуляторов. Также инновация, предложенная специалистами Московского государственного университета, позволит в дальнейшем значительно снизить стоимость производства таких изделий.
Почему литий-ионные АКБ уходят в прошлое?
Показатели потерь емкости у данных энергетических накопителей: 10-15% в год. У них ограничен диапазон рабочих температур и низкая устойчивость к высокотемпературным, механическим воздействиям. Наиболее эффективными вариантами замены литий-ионных АКБ признаны проточные аккумуляторы. Но масштабному внедрению вторых препятствует использование в их производстве достаточно дорогих солей ванадия. Последние, в свою очередь, представляют значительную опасность для окружающей среды и жизни, здоровья людей.
Наногели обеспечивают надежное функционирование АКБ
Работа каждой проточной батареи основана на процессах окисления (отдачи электронов) и восстановления (принятия электронов) в жидкостях, наполняющих 2 емкости (разделенные между собой мембраной). Данным АКБ не требуются системы охлаждения. Способность таких устройств к регенерации накопленной энергии сохраняется даже после 10 тыс. циклов зарядки-разрядки.
Использование органических водорастворимых наногелей, предложенных учеными в качестве электроактивных компонентов, не потребует внесения изменений в алгоритмы функционирования проточных энергетических накопителей. Процессы окисления и восстановления у данных соединений, полученных путем синтеза, обратимые.
Согласно опубликованной в официальном рецензируемом научном журнале Международного общества электрохимии «Electrochimica Acta» информации об исследовании, необходимую скорость окислительных и восстановительных процессов наногели обеспечивают даже тогда, когда концентрация их частиц составляет 50% от общего содержания органических молекул в электроактивном растворе. Этого вполне достаточно для надежного, безопасного функционирования проточных АКБ.
Следующий шаг: создание прототипов новых аккумуляторов
Схематически процесс изготовления наногелей выглядит так: посредством химического синтеза органических молекул ученые получают наноразмерные полимерные сетки и потом задают таким «конструкциям» необходимые свойства, присоединяя к ним окислительно-восстановительные группы атомов. Проверку же эффективности полученных веществ экспериментаторы осуществляют в водной среде.
Следует уточнить, что стоимость растворимых в воде полимерных составов невысокая. Как прокомментировала соавтор исследования, доцент физического факультета МГУ Елена Кожунова, эксперименты в данном направлении продолжатся. Усилия ученых нацелены на поиск оптимальных химических соединений для изготовления электроактивных наногелей. Такие разработки позволят производить экологичные АКБ в промышленных масштабах. И ученые из МГУ планируют вскоре разработать прототип водного аккумулятора нового поколения.
