Ученые НГТУ НЭТИ создают материал для повышения эффективности накопления энергии
В Новосибирском государственном техническом университете НЭТИ работают над улучшением эффективности диоксида марганца (MnO2) как электродного материала для суперконденсаторов. Научное исследование проводится совместно с группой ученых Университета Наньчан (NСU).
Оксиды металлов с хорошими окислительно-восстановительными свойствами перспективны в качестве электродных материалов для устройств накопления энергии, таких как суперконденсаторы. Среди этих оксидов металлов диоксиды марганца широко используются в энергетике благодаря своим уникальным характеристикам — высокой доступности материала, экологичности и высокому удельному весу.
«Диоксид марганца из-за сравнительно низкой ионной и электронной проводимости и недостаточного количества активных центров для адсорбции ионов обычно имеет меньшую практическую емкость, меньшую стабильность цикла и разрядные характеристики, что затрудняет его практическое применение в системах накопления энергии. Нами была предложена стратегия введения кислородных вакансий для регулирования координационного окружения атомов металла и облегчения процесса переноса ионов. Методом электроосаждения и химического восстановления мы синтезировали электрод из оксидов марганца с управлением числом кислородных вакансий. Координационное окружение атомов Mn в MnO2 было надлежащим образом оптимизировано за счет образования кислородных вакансий, что значительно улучшило физико-химические свойства поверхности и адсорбцию ионов электролита для улучшения емкостных характеристик.
В процессе работы суперконденсатор постоянно заряжается-разряжается (циклически). Нужно, чтобы его емкость с увеличением числа таких циклов не изменялась (была стабильной). Каждый цикл «заряд-разряд» связан с окислительно-восстановительными процессами. Чем больше вакансий, тем большее число ионов участвует в окислительно-восстановительных процессах на электроде и тем больше накапливается заряд. В рамках исследования был собран ассиметричный суперконденсатор с использованием электрода на базе MnO2. Были проведены тесты на 65 тысяч циклов заряда-разряда и получен результат— практически 87% сохранения емкости устройства. Данная характеристика показывает, насколько стабильна работа устройства с учетом времени, рабочего числа циклов», — рассказал руководитель проекта, профессор кафедры химии и химических технологий НГТУ НЭТИ, доктор химических наук Александр Баннов.
Научная работа на данную тему была опубликована в журнале Energy & Environmental Science (импакт-фактор 32,4). По словам ученого, исследование имеет не только прикладное, но и фундаментальное значение, а именно более глубокое понимание взаимосвязи между электронной структурой оксидов металлов и эффективностью накопления энергии на атомарном уровне, которое может быть использовано в качестве принципа при разработке современных электродных материалов для практического применения.
В перспективе планируется совершенствование материалов с партнерами из Китая, подача заявки на новый научный проект и создание устройств с еще более высокими характеристиками.
Назад к списку
