4
Календарь конференций
  • 1 ноября – 31 мая

    Универсиада по лингвистике, регионоведению и культурологии

  • 1 февраля – 30 апреля

    Универсиада «Ломоносов» по гуманитарной экспертизе социальных инноваций 2020-2021 учебного года

  • 3 февраля – 30 апреля

    Универсиада "Ломоносов. Космические исследования: математика, механика и космические исследования"

  • 15 февраля – 17 апреля

    Универсиада «Ломоносов» по маркетингу 2020/2021 учебного года

  • 18 января – 17 апреля

    Универсиада "Ломоносов" по психологии 2020-2021 учебного года

  • 15 февраля – 17 апреля

    Универсиада «Ломоносов» по маркетингу 2020/2021 учебного года

  • 20 – 29 апреля

    Ежегодная научная конференция «Ломоносовские чтения. Секция Физики»

  • 20 – 29 апреля

    Ломоносовские чтения. Востоковедение и Африканистика.

  • 14 декабря – 21 апреля

    Универсиада «Ломоносов» по государственному аудиту 2020/2021 учебного года

  • 20 января – 30 апреля

    Универсиада «Ломоносов» по инновационному природопользованию

  • 3 февраля – 30 апреля

    Универсиада "Ломоносов. Космические исследования: математика, механика и космические исследования"

  • 1 февраля – 30 апреля

    Универсиада «Ломоносов» по гуманитарной экспертизе социальных инноваций 2020-2021 учебного года

  • 1 ноября – 31 мая

    Универсиада по лингвистике, регионоведению и культурологии

  • 15 декабря – 31 мая

    Универсиада «Ломоносов» по фундаментальной физико-химической инженерии

Все конференции

Ученые МГУ представили новый класс веществ для проточных аккумуляторов

Микрогели. Снимок сделан Еленой Кожуновой при помощи электронного микроскопа.
Микрогели. Снимок сделан Еленой Кожуновой при помощи электронного микроскопа.

Учёные физического и химического факультетов МГУ совместно с коллегами из ФИЦ ХИФ и Сколтеха представили новый класс веществ для проточных батарей. Сравнимые по ёмкости с самыми популярными соединениями, они оказались намного дешевле и экологичнее. Статья опубликована в журнале The Journal of Physical Chemistry Letters и поддержана грантом РФФИ.

Проточные батареи — тип гальванического элемента, в котором химическая энергия обеспечивается за счет двух разделенных мембраной жидких химических компонентов. Движение электрического тока сопровождает ионный обмен через мембрану, в то время как обе жидкости циркулируют в собственном отдельном пространстве. Основные преимущества таких батарей — масштабируемость и экономичность, поэтому их выгодно использовать в крупных стационарных системах, чтобы хранить энергию. В данной работе рассматриваются редокс-батареи, которые можно перезаряжать.

Самые распространенные батареи такого типа работают на солях тяжелых металлов. Однако это довольно дорого и опасно. Достаточно представить склад, заставленный бочками с растворенными в серной кислоте солями ванадия. Поэтому учёные ищут альтернативные окислительно-восстановительные пары, в том числе на основе органических веществ. Последние имеют много преимуществ: они не такие дорогие, как металлы, экологичнее и безопаснее. «Использование органических материалов в крупномасштабных электрохимических накопителях энергии — очень привлекательная идея. На мой взгляд, наиболее перспективно это направление для проточных аккумуляторов, т.к. в нише малых и средних аккумуляторных батарей органике будет все труднее конкурировать с металл-ионными системами», — объяснил один из авторов работы, старший научный сотрудник химического факультета МГУ Даниил Иткис.

Химикам и физикам Московского университета удалось создать такие дисперсные системы, обладающие окислительно-восстановительными свойствами — полимерные микрогели с размером частиц в 200-300 нанометров на основе полиакриловой кислоты и ее азотсодержащих производных. Причем, сотрудники кафедры физики полимеров и кристаллов физического факультета МГУ присоединили к этим цепочкам циклическую молекулу TEMPO — азотсодержащий реактив, который широко применяется в качестве катализатора реакций и имеет высокую редокс-активность. А на кафедре неорганической химии химического факультета изучили электрохимические свойства.

«Исследования материала показывают, что около 14% вещества сохраняют электроактивные свойства. Это означает, что мы можем получать низковязкий электролит для проточных батарей емкостью 2.5 мАч/г, — рассказала один из соавторов статьи, старший научный сотрудник кафедры физики полимеров и кристаллов физического факультета МГУ Елена Кожунова. — Мы ожидаем, что дальнейшая работа позволит нам выйти на ёмкость на литр раствора, которая могла бы конкурировать с таковой для ванадиевых проточных аккумуляторов. При этом такие растворы будут нетоксичными и значительно более дешевыми».

Серьёзно повышает стоимость проточных аккумуляторов мембрана. В случае с солями металлов требуется очень мелкопористая мембрана, которая выдерживает серную кислоту. А использование высокомолекулярных органических соединений в аккумуляторах проточного типа позволяет использовать более дешевые и простые в изготовлении ионообменные мембраны с большим разбросом в размерах пор. Такое нововведение может критически изменить стоимость батареи и, соответственно, привести к качественному изменению на рынке запасенной электроэнергии. Впрочем, для этого надо ещё немного поработать.

«Наша работа показала возможность применения редокс-активных микрогелей, но промышленное производство пока планировать рано хотя бы потому, что пока мы смогли получить всего один материал (для положительного электрода), а не пару, которая требуется для создания прототипа. Кроме того, предложенный нами материал нуждается в совершенствовании. Сейчас мы задумываемся о том, как будет проходить заряд/разряд в системах с высокими мощностями — очень важный фактор для реального применения в промышленных масштабах», — заключил Даниил Иткис.