Ученые из Северо-Западного университета совершили прорыв в области устойчивых энергетических технологий, превратив органический отход промышленного производства в эффективный материал для хранения энергии. Речь идет о трифенилфосфиноксиде (TPPO), который теперь может использоваться в так называемых редокс-аккумуляторах — перспективных системах для хранения энергии на масштабах энергосетей.
TPPO, продукт многих органических синтезов, в том числе производства витаминов, ежегодно образуется в тысячах тонн, но обычно не находит применения и требует утилизации. Новая работа ученых описывает методику преобразования материала в пригодное для применения в аккумуляторах соединение с помощью реакции «в одном сосуде». Это открытие открывает путь к созданию батарей из отходов, предлагая устойчивую альтернативу традиционным решениям.
«Исторически аккумуляторы разрабатывали инженеры и материаловеды, но синтетическая химия способна внести значительный вклад, превращая отходы в энергоемкие молекулы», — отмечает автор исследования Кристиан Малапит. Он считает, что это открытие может дать толчок новым достижениям в аккумуляторных технологиях.
Редокс-аккумуляторы занимают небольшую долю на рынке, но имеют значительный потенциал для применения на уровне энергосистем. В отличие от литий-ионных батарей, которые хранят энергию в электродах, они используют химические реакции для передачи энергии между жидкими электролитами. Это делает их менее эффективными в компактных устройствах, но более подходящими для масштабного хранения энергии.
Особую ценность новой технологии подчеркивает соавтор работы Эмили Махони. «Мы доказали, что органические молекулы, которые являются побочным отходом химических реакций, имеют высокую энергетическую плотность и стабильность», — говорит она. Команда черпала вдохновение из научной статьи 1968 года о электрохимии фосфиноксидов и адаптировала старые идеи к современным задачам.
Для проверки свойств TPPO исследователи провели цикл испытаний, имитирующих зарядку и разрядку батареи. После 350 циклов аккумулятор показал минимальные потери емкости, что подтвердило стабильность материала. «Это первый случай использования фосфиноксидов в качестве редокс-активного компонента в разработке аккумуляторов», — отмечает Малапит. «Ранее считалось, что восстановленные формы фосфиноксидов крайне нестабильны, но мы смогли преодолеть эту проблему благодаря молекулярной инженерии».
Авторы подчеркивают, что их работа — это только начало. Они надеются, что другие исследователи продолжат изучение TPPO, чтобы еще больше повысить его потенциал как материала для хранения энергии.
Ранее ученые разработали новые бумажные батареи, которые разлагаются всего за шесть недель.
