Новости

8 Ноября, 2019 16:59

Лимонная кислота и германий помогли создать «зеленый» анод для литиевых аккумуляторов

Источник: ТАСС
Ученые из России и Франции разработали экологически чистый метод производства электродов для литий-ионных аккумуляторов, в основе которого лежит использование соединений германия. Об этом сообщила пресс-служба Российского научного фонда (РНФ) со ссылкой на статью в научном журнале GreenChemistry.
Источник: eletimes.com

"Все соединения и реагенты, использующиеся для создания "зеленых" батарей, отличаются высокой доступностью. Также важно, что вопросы экологии и экономики в химии часто идут рука об руку, поскольку более безопасный и экологичный метод всегда проще и дешевле в реализации и масштабировании", - прокомментировал один из авторов работы, научный сотрудник Института органической химии РАН Михаил Сыроешкин.

Современные аккумуляторы состоят из трех частей: катода, анода и электролита. Первый играет роль положительного полюса батареи и источника электрической энергии, второй - отрицательного полюса аккумулятора и "изымателя" тока, а электролит позволяет носителям заряда путешествовать между катодом и анодом. Мощность батареи напрямую зависит от состава катода, а их долговечность - от того, как сильно разрушается материал электролита и катода при циклах разряда-заряда.

Более того, от устройства всех компонентов батареи зависит и то, насколько они опасны для человека. К примеру, многие типы современных литий-ионных аккумуляторов взрываются из-за того, что при перегреве внутри них начинают возникать короткие замыкания. Они еще больше нагревают аккумулятор, испаряют электролит, превращая его в пузырьки горячего газа, что в конечном итоге приводит к расплавлению всего аккумулятора и взрыву.

"Лимонные" батареи

Дополнительная проблема, как отмечают Сыроешкин и его коллеги, заключается в том, что для производства литиевых аккумуляторов нужно использовать соединения кобальта, хлора, кадмия, а также других токсичных веществ и материалов. Это осложняет переработку и захоронение батарей, которые выработали свой срок службы.

Подобные соображения, по его словам, мешают замене графитовых анодов на более емкие и производительные электроды из германия или кремния. Это связано с тем, что для того, чтобы их стабилизировать, нужны соединения хлора и других галогенов, крайне опасные для окружающей среды и здоровья людей.

Российские и французские химики выяснили, что эти же процедуры можно проделать, используя цитрат германия - соединение этого металла с лимонной кислотой. Как показали их эксперименты, это вещество можно использовать для производства наночастиц из чистого германия и сборки анода из них.


Картинка: литий-ионные батареи зеленого производства. Иллюстрация Евгении Савериной, первого автора статьи

Для этого нужно растворить двуокись германия в лимонной кислоте, покрыть этим раствором пластинку из меди и пропустить через нее ток. В результате на поверхности медной фольги возникнет пленка из наночастиц германия, которую можно использовать для сборки анода.

Первые эксперименты с подобными электродами показали, что они не уступают в емкости и долговечности лучшим образцам германиевых анодов, которые получены при помощи экологически грязных методик производства.

Как надеются ученые, изобретенный ими экологически чистый способ получения наночастиц быстро найдет применение в промышленности и при разработке новых типов литий-ионных аккумуляторов, за создание которых в этом году присудили Нобелевскую премию по химии.

18 Сентября, 2020
Создан программный комплекс для моделирования самосборки молекулярных слоев
Российские ученые разработали программу, которая позволяет моделировать процессы на поверхностях тве...
18 Сентября, 2020
Исследование алмазного потенциала Архангельской области позволит продолжить добычу алмазов в регионе
Российский научный фонд в рамках президентской программы исследовательских проектов выделил 15 млн р...