Печать
Просмотров: 2106

Наука, дающая свободу

Обновлено

Статья опубликована в студенческой газете "Химператор" от 04/2012

Если бы нужно было придумать ёмкий и яркий слоган для электрохимии, то наша кафедра голосовала бы за фразу “Наука, дающая свободу”. Без батарей и аккумуляторов высокой ёмкости, появившихся благодаря разработанным электрохимиками новым материалам, не был бы возможен весь ряд портативных устройств, дающих свободу общения. Без электрохимической защиты от коррозии корабли и автомобили не обеспечивали бы нам свободы перемещения. Защищают от ядовитых веществ и дают нам право на жизнь электрохимические сенсоры аналитических лабораторий. Даже золотые купола храмов, без которых немыслима свобода1
вероисповедания, часто производят при помощи гальванических покрытий.

Огромное количество путей, по которым может развиваться современная электрохимия, конечно, невозможно охватить в рамках одной маленькой университетской кафедры. Тем не менее, в рамках двух существующих на кафедре электрохимии СПбГУ лабораторий наш коллектив занимается разработкой четырёх практически важных направлений современной науки. Одна из наших лабораторий называется «Лаборатория топливных элементов и ферментных электродов», в ней изучаются современные катализаторы для биологических сенсоров и систем водородной энергетики. Другая лаборатория, «Проводящих полимеров и суперконденсаторов», отвечает за химические источники тока и ещё один тип высокочувствительных сенсоров. О ней и пойдёт речь в этой статье.

 

Суперконденсаторы — относительно новый тип накопителей энергии, призванный в недалёком будущем заменить привычные нам батареи и аккумуляторы. Работы над материалами для них ведётся в рамках совместного с МГУ проекта, финансируемого фирмой «Элтон», а так же в рамках проекта, поддержанного Российским Фондом Фундаментальных Исследований (РФФИ).

2
Чтобы понять, что из себя представляет суперконденсатор, нужно вспомнить про двойной электрический слой. Поверхность заряжается, к ней подходят ионы противоположного знака, и получаются как-будто бы две обкладки конденсатора. Ёмкость его, правда, невелика — порядка 20 мкФ на см
2. Вот если бы взять поверхность площадью хотя бы 1000 м2... Но как 1000 м2 запихнуть в пальчиковую батарейку? Оказывается, это возможно. Материалы на базе специального пористого углерода обладают истинной поверхностью от 700 до 1100 м2 на грамм, и запихать этот грамм в батарейку теоретически возможно. А вот практически... Возникает масса вопросов, которыми и занимается группа О. В. Левина. Как предотвратить выделение водорода на таких материалах в водных растворах? Чем покрыть поверхность углерода, чтобы получить дополнительную ёмкость и не заблокировать столь важные поры? Какие токоотводы лучше, как их соединить с углеродной тканью? Все исследования производятся на современном импортном и отечественном оборудовании, которое полностью компьютеризировано. Непосвященный может даже удивиться, зайдя в лабораторию — ничего не булькает, не воняет, только компьютеры и какие-то коробки с лампочками кругом. Но к этому быстро привыкаешь и радуешься заветной кривой на мониторе не меньше, чем какому-нибудь осадку — результату органического синтеза. Тем более, что, оказывается, в маленькой стеклянной ячейке рядом с компьютером тоже можно проводить синтез.

 

Электрохимический синтез проводящих полимеров и композитов на их основе — второе направление, развиваемое в нашей лаборатории. За открытие этих гибких как пластик и проводящих электрический ток как металл материалов в 2000 году американские исследователи Алан Хигер (Alan J. Heeger), Алан Макдиармид (Alan G. MacDiarmid) и японский ученый Хидеки Сиракава (Hideki Shirakawa) получили Нобелевскую премию. Защитные экраны для мониторов, «умные» окна, избирательно фильтрующие солнечное излучение, светодиоды, солнечные батареи, экраны мини-телевизоров и мобильных телефонов — вот далеко не полный перечень практических приложений проводящих полимеров. Оказывается, с помощью таких полимеров можно даже экстрагировать из сточных вод драгоценные металлы (патент на такое устройство получен нашей лабораторией). А что будет, если использовать такие полимеры как матрицу для каталитически активных материалов? Всего 1 мг палладия, загруженный в матрицу из проводящего полимера в виде наночастиц, может обеспечить такую чувствительность амперометрического сенсора, какую не даёт и электрод из чистого благородного металла. Созданием таких композитных материалов занимается группа под руководством проф. В. В. Кондратьева.

Кроме подобных прикладных вопросов, большое внимание в нашей лаборатории уделяется и «высокой науке». Зав. кафедрой электрохимии, проф. В.В. Малев — человек старой закалки. При помощи ручки и бумаги он может решить задачи, неподвластные даже современным компьютерам. Его математические модели, описывающие перенос заряда в пористых системах, дополняют экспериментальные результаты обеих групп, делая их достойными публикации в ведущих зарубежных научных журналах.

Ответственный за содержание сайта Института химии: Роман Зумберов, r.zumberov@spbu.ru