Ученые впервые разработали органическую батарею

Она представляет собой тип, известный как «батарея окислительно-восстановительного действия», с большой емкостью, которая может использоваться для накопления энергии от ветряных турбин и солнечных батарей, а также в качестве аккумулятора для автомобилей.

Окислительно-восстановительные батареи – это стационарные батареи, в которых энергия находится в электролите, за пределами самого элемента, как в топливном элементе. Часто они продаются с приставкой «eco», так как открывают возможность хранения избыточной энергии, например, от солнца и ветра. Кроме того, кажется, что их можно перезаряжать неограниченное количество раз. Однако окислительно-восстановительные батареи часто содержат ванадий – дефицитный и дорогой металл. Электролит, в котором накапливается энергия в окислительно-восстановительной батарее, может быть на водной основе, что делает батарею безопасной для использования, но приводит к более низкой плотности энергии.

Михаилу Вагину, главному инженеру-исследователю, и его коллегам из Лаборатории органической электроники в кампусе Норрчёпинг удалось получить не только электролит на водной основе, но и электроды из органического материала, что значительно увеличивает плотность энергии. Таким образом можно производить полностью органические окислительно-восстановительные батареи для хранения, например, энергии солнца и ветра, а также компенсировать изменение нагрузки в электросети.

Для электродов они использовали проводящий полимер PEDOT, который они допировали для транспортировки либо положительных ионов (катионов), либо отрицательных ионов (анионов). Разработанный ими электролит на водной основе состоит из раствора молекул хинонов, которые могут быть извлечены из лесных материалов.

Хиноны могут быть получены из древесины, но здесь мы использовали одну и ту же молекулу, вместе с различными вариантами проводящего полимера PEDOT. Оказывается, они очень совместимы друг с другом, что похоже на подарок от мира природы», – говорит Виктор Гуескин, главный инженер-исследователь Лаборатории органической электроники, один из авторов статьи, опубликованной сейчас в журнале «Advanced Functional Materials».

Высокая совместимость означает, что электроды PEDOT помогают молекулам хинонов переключаться между окисленными и восстановленными состояниями и таким образом создают поток протонов и электронов.

«Обычно трудно контролировать ионный процесс, но мы справились с этим здесь». Мы также используем фундаментальное явление в электрокатализе, при котором один специальный ион в растворе, в данном случае ионы хинона, преобразуется в электричество. Феномен концептуализируется нами как ионно-селективный электрокатализ и, вероятно, существует в других типах мембранных накопителей, таких как батареи, топливные элементы и суперконденсаторы. Этот эффект никогда ранее не обсуждался. Мы впервые показали его в окислительно-восстановительных батареях», – говорит Михаил Вагин.

Органические окислительно-восстановительные батареи по-прежнему имеют более низкую плотность энергии, чем батареи, содержащие ванадий, но они чрезвычайно дешевы, полностью пригодны для вторичной переработки, безопасны и идеально подходят для хранения энергии и компенсации колебаний нагрузки в электросети. Может быть, в будущем у нас будет органическая окислительно-восстановительная аккумуляторная батарея дома, как источник энергии для электромобиля.

https://econet.ru/articles/uchenye-vpervye-razrabotali-organicheskuyu-batareyu