Батареи, работающие на основе электрохимических реакций, традиционно состоят из жидкого электролита, который находится между твердыми электродами — анодом и катодом. Однако до сих пор механизмы деградации этих электродов оставались недостаточно изученными. В своей новой работе ученые сосредоточились на исследовании процесса разрушения электродов из платины — благородного металла, который, как и золото и серебро, обладает высокой химической устойчивостью.
Международная команда исследователей провела эксперименты, изучая влияние различных катионов (положительно заряженных ионов) на стабильность платины в электролитах. В частности, внимание специалистов было сосредоточено на катионах лития, натрия, калия и цезия, принадлежащие к одной группе периодической таблицы. Оказалось, что ключевую роль в разрушении платины играет размер катионов: чем он больше, тем медленнее растворяется материал электрода. Наблюдая за процессом деградации в реальном времени, ученые выяснили, что растворение платины замедляется по мере увеличения атомного номера катиона.
Чтобы объяснить этот эффект, исследователи провели компьютерное моделирование и дополнительные эксперименты. Они обнаружили, что гидроксид-ионы, которые присутствуют в электролите, играют важную роль в процессе растворения платины. Эти отрицательно заряженные ионы формируют своего рода «экран» вокруг положительно заряженных ионов платины, облегчая их диффузию в электролит и препятствуя их повторному осаждению на поверхности электрода. Влияние катионов на этот процесс оказалось весьма заметным: более кислые катионы, например, литий, увеличивали концентрацию гидроксид-ионов вблизи платинового электрода, что способствовало ускоренному растворению платины. Напротив, более крупные катионы, такие как цезий, замедляли деградацию электрода.
Это открытие имеет важное значение для разработки более долговечных электрохимических устройств. Результаты исследования стали важным доказательством того, что стабильность электродов можно контролировать не только за счет изменения состава самого электрода, но и за счет выбора подходящих катионов в электролите. Опираясь на полученные данные, ученые смогут создать более устойчивые батареи и топливные элементы, что особенно актуально в условиях растущего спроса на энергоэффективные и экологически чистые технологии.
Ранее ученые нашли способ продлить срок службы литий-ионных батарей в 2 раза.
