25,7 тыс подписчиков
Исследователи из Московского государственного университета и Российской академии наук разработали полимерные наногели для проточных аккумуляторов. Они могут сделать батареи дешевле и экологичнее.
В большинстве современных электронных устройств используются литий-ионные аккумуляторы — довольно дорогие из-за стоимости самого лития, который многим странам приходится импортировать, и требующие регулярной подзарядки. Со временем такие аккумуляторы деградируют, хуже заряжаются и быстро разряжаются, они не всегда безопасны. Серьёзную проблему представляет утилизация таких аккумуляторов. Многие исследователи ищут им недорогую и экологичную замену.
Сегодня одной из лучших альтернатив считаются проточные батареи. Это гибридные аккумуляторы, состоящие из двух ёмкостей с жидкостями, способными окисляться и восстанавливаться. Их разделяет тонкая мембрана, пропускающая содержащиеся в жидкостях ионы при химическом взаимодействии.
Такие устройства долговечнее и экономичнее. Они выдерживают около 10 000 циклов зарядки-разрядки, в десять раз больше, чем литий-ионные аккумуляторы, дольше «держат» заряд и не самовозгораются. Проточные батареи можно использовать там, где требуются большие запасы энергии. Но в составе рабочих жидкостей таких аккумуляторов обычно содержатся дорогие и вредные соли ванадия. Более безопасной и дешёвой заменой могут быть растворимые полимеры.
Учёные из Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова и Российской академии наук разработали органические водорастворимые полимерные наногели, способные окисляться и восстанавливаться. Авторы проекта синтезировали химическим путём наноразмерные полимерные сетки из отдельных водорастворимых мономеров (органических молекул), и к полученным соединениям «пришили» дополнительные группы атомов, способные принимать и отдавать электроны в химических реакциях.
Затем физики оценили скорость окисления и восстановления молекул при различном содержании в наногеле окислительно-восстановительных групп. Эксперименты показали, что концентрация таких групп должна составлять около 50% от общего содержания органических молекул в растворе. При таких условиях наногели демонстрируют оптимальную работу в качестве основного электроактивного компонента, обеспечивая надёжное функционирование водных органических проточных батарей.
«Мы впервые синтезировали полимерные наногели с окислительно-восстановительными свойствами, продемонстрировали особенности реакций окисления и восстановления таких объектов в водной среде, а также определили, насколько эффективно проходит данный процесс и с какой скоростью, — рассказала участник проекта, доцент физического факультета МГУ Елена Кожунова. — В дальнейшем мы планируем расширить «библиотеку» химических соединений, применяемых для создания электроактивных наногелей, оптимизировать их состав и в итоге представить прототип проточного аккумулятора, где в качестве активного вещества используются водные растворы наногелей».
В исследовании принимали участие учёные из Федерального исследовательского центра химической физики имени Н.Н. Семёнова РАН, Института биохимической физики имени Н.М. Эмануэля РАН и Института биоорганической химии РАН.
Исследование поддержано Российским научным фондом.
2 минуты
26 февраля