Фундаментальное материаловедение

Разработка новых материалов для химических источников тока
Семененко Д.А.
студент
Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, Москва, Россия
E-mail: semenenko@inorg.chem.msu.ru
В связи с бурным развитием портативной и медицинской электроники
сегодняшний рынок остро нуждается в новых возобновляемых источниках питания,
главными качествами которых будут производительность и доступность. Особые
перспективы имеют материалы, способные работать в экстремальных внешних
условиях, а так же материалы, которые могут быть мягко нанесены методами прямой
печати в произвольном месте и произвольного размера. В виду того, что современные
коммерческие материалы имеют множество недостатков, научными группами по всему
миру разрабатываются новые химические системы и новые материалы для применения в
качестве электродных элементов химических источников тока. Так же совершенно ясно,
что материалы такого рода должны обладать выдающимися характеристиками и
конкурировать с широким спектров созданных коммерческих продуктов.
Основной целью настоящей работы был поиск новых систем и новых материалов
для возможности их применения в качестве электродных материалов химических
источников тока, сочетающих ряд важнейших характеристик, таких как рекордные
электрохимические свойства, функциональная привлекательность и доступность.
Так для решения этой задачи были выбраны методы синтеза, реализуемые в
промышленности - это гидротермальный синтез и высокотемпературная обработка, а так
же методы «мягкой химии» для химической модификации объектов.
В работе синтезированы новые материалы для использования в качестве катодов
химических источников тока - одномерные структуры на основе поливанадатов, а так же
их производные - слоистые гибридные молекулярные бронзы, содержащие огрганичесие
молекулы-окислители.
Для синтеза одномерных кристаллов была применена гидротермальная обработка
поливанадата содержащего ион металла в межслоевом пространстве. Внедрение
органического компонента производилось из водно-спиртового раствора
соответствующей соли.
Мягкие органические окислители, такие как полианилин, тетратиофульвален и
бензидин могут учувствовать в электрохимической реакции, но ввиду низкой
стабильности, как самих исходных молекул, так и их восстановленной формы
использование этих процессов невозможно. Именно поэтому иммобилизация
органического агента в неорганической матрице позволяет достичь высочайших
функциональных характеристик за счёт радикального изменения природы
электрохимического процесса. Так в работе были синтезированы молекулярные бронзы
(гибридные органо-неорганические материалы) содержащие полианилин,
тетратиофульвален и бензидин в межслоевом пространстве. Образование молекулярных
бронз подтверждено данными ИК-спектроскопии. Было отмечено значительное
улучшение электрохимических характеристик по сравнению с исходной слоистой
матрицей поливанадата. Так например при образовании молекулярной бронзы с
бензидином электрохимическая емкость увеличивается почти в 2-х раза!
Электрохимические измерения проводились в тефлоновой ячейке с жидким
электролитом 1 М LiClO4 в смеси пропиленкарбоната (ПК) и диметоксиэтана (ДМЭ)
(7:3), металлическими литиевыми анодом и электродом сравнения и исследуемым
катодным материалом. Показано радикальное изменение электрохимических свойств в
зависимости от микроморфологии, условий синтеза дисперсности и состава объекта.
Полученные материалы исследованы различными методами анализа,
показывающими их функциональность и пути применения.