Лякишев Сергей Александрович,
руководитель департамента АНО ДПО «МАСПК»
Как заряжаются и разряжаются электроды
Электрохимические реакции в топливных элементах и электродах батарей были охарактеризированы многими теоретиками, при этом никогда не измеряясь непосредственно. Исследователи Массачусетского института разработала метод измерения фундаментальной скорости передачи заряда. столкнувшись с некоторыми неожиданностями. Испытания показали, что формула Батлера-Волмера, применимое для измерения скорости реакции в электродах, оказалось не совсем точным. В то же время учёные пришли к мнению, что так называемая Теория передачи заряда.автором которой является Маркус-Хуш-Чидси, даёт более весомые результаты, указывая на то, что предельный шаг электрохимических реакций иной.
Новые результаты исследований способствуют созданию более качественных электродов. что несомненно улучшит показатели зарядки-разрядки аккумуляторов, улучшая понимание прочих электрохимических реакций, к примеру, таких, как контроль коррозии. Это исследование было опубликовано в журнале «Природа коммуникации» Массачусетского технологического института. Предыдущие работы исследователей в области электрохимических процессов основывались на гипотезе, что производительность электродов, изготовленных из литиевого железного фосфата объяснялась быстрым рассеиванием литиевых ионов в твёрдых электродах с жидким электролитом. Однако новая диагностика этих процессов дала основу полагать то,что критический интерфейс, находящийся между двумя твёрдыми материалами, сам электрод и углеродное покрытие, используемые для повышения качества его результатов. Анализ Байя и Беззента подтверждает ,что миграция ионов в электролите и диффузия поляронов слишком быстры, поэтому не влияют на ограничение производительности батареи. Исследователи до сих пор не предполагали. что электрохимические реакции материала могли бы быть ограничены передачей электрона между двумя твердыми частицами. Неожиданно низкие скорости реакции. К примеру, классические формулы, которые обычно применялись для прогнозирования производительности вышеупомянутых материалов указывают на то, что алгоритм скорость реакций несомненно должен варьироваться линейно при увеличении напряжения. Но новые исследования указали на нелинейный ответ с поглощением лития в высоком напряжении. Эти несоответствия оказались слишком большими и Беззент это подтверждает: "Скорость реакции была гораздо ниже прогнозируемой. Новые исследования указывают на то, что для достижения улучшений в развитии технологий должен быть сделан акцент на верном проектировании поверхности в твёрдом интерфейсе". "Это особенно важно для фундаментальной науки, продолжает он, так как этот процесс повсеместен и не слишком хорошо изучен". Уравнение Батлера-Волмера является абсолютно эмпирическим и не раскрывает того, какие процессы происходят на микроскопическом уровне. В отличие от Батлера-Волмера, уравнения Маркуса-ХушЧидси (за которые Р.Маркусу из Калифорнийского технологического института в 1992 г. была присвоена Нобелевская премия) основаны на более точном понимании реакций, происходящих на атомном уровне. Беззент объясняет, что новый анализ данных исследований приведёт не только к лучшим практическим решениям, но и к более глубокому пониманию их основных механизмов.
Профессор химии Кристофер Чидси из Стенфордского университета отмечает, что исследования в данной сфере "являются как экспериментально творческими, так и теоретически обоснованными". Он заявляет, что это анализ реакции скорости без преувеличения можно назвать основополагающими принципами и вызывают непосредственный практический интерес в разработке мощных аккумуляторов для легковых автомобилей ,автобусов и грузовиков.