Органические батарейки создают в Институте химической кинетики и горения СО РАН

В лаборатории химии и физики свободных радикалов создают технологии будущего. Интерес к разработкам огромный. В этих исследованиях участвуют практически все ведущие международные корпорации, связанные с электроникой. 

Научный сотрудник ИХКГ СО РАН к.х.н. Денис Баранов рассказывает:

– Мы привыкли, что органические вещества – это прежде всего изоляторы. В частности, в проводах существует металлический проводник, а вокруг него – полимер, органическое вещество. Но среди органических соединений тоже можно найти эффективные проводники и полупроводники, и на этом материале сделать новые устройства. Органические полупроводники делают из коммерчески доступных соединений, которые в промышленности получаются из нефти, газа. Это могут быть и полимеры, и малые молекулы.

Изделия из неорганических и органических соединений, отмечает Денис Сергеевич, различаются между собой как стекло и пластик. Последний – легкий, пластичный, легко формуется при сравнительно низких температурах. Преимущества органической электроники – можно создавать другие по качеству девайсы, новые устройства – типа планшета толщиной с бумажный лист. Существуют клавиатуры и телефоны, которые гнутся как угодно. И главное – эти девайсы, устройства легко сделать. Например, солнечные батарейки можно будет печатать на принтере. Органические вещества растворяются и в виде краски наносятся на подложку. Из материалов, покрытых органическими соединениями, можно будет шить одежду, сумки и рюкзаки, изготавливать различные покрытия, которые одновременно служат источником питания.

Сейчас весь мир занимается тем, чтобы ввести эти технологии в повседневную жизнь. Уже есть телефоны, телевизоры, где используется органическая электроника. Но сложно создать такие устройства, которые работали бы стабильно и долго. С этой проблемой и пытаются справиться ученые путем синтеза новых соединений, создания полупроводников, устойчивых к воздействию внешней среды.

В НИИ пока идут фундаментальные исследования

– Мы делаем на этом науку, – подчеркивает Денис Баранов. – Коммерциализировать всё не так просто. Тем более что в России пока в связи с богатыми запасами природных ископаемых энергетические вопросы стоят на втором плане. Финансовая подпитка в основном идет от грантов. В Европе, в Азии эти научные направления серьезно спонсируются, даже открываются научные институты. Это очень сложная дисциплина, требующая объединения усилий химиков-синтетиков, физиков, органических электронщиков.

В лабораторных условиях батарейки создают так. Вещество синтезируется, тонким ровным слоем наносится на подложку (пока еще стеклянную, это дешевле). После слоя органики наносится электрод. Ученые следят, сколько «живет» батарейка, как быстро деградирует.

– Есть несколько способов улучшить батарейки и сделать их интересными для коммерческого производства, – отмечает Денис Сергеевич. – Например, увеличить КПД. У кремниевых оно составляет 20-25%, а у наших органических пока доходит до 8%. Если еще подтянуть КПД, то можно, имея более солидное предложение, начать поиск инвесторов.

Второй вариант – синтезировать более эффективные полупроводники, которые бы не окислялись. Большинство батареек за рубежом делают в инертной атмосфере, максимально изолированной от открытого пространства. Но когда выносят на воздух, они погибают. Наши ученые сразу все делают и тестируют на воздухе. Поэтому батареи демонстрируют свои реальные свойства.

Старший научный сотрудник лаборатории химии и физики свободных радикалов к.ф.-м.н. Михаил Уваров отмечает, что главные враги солнечной батареи – воздух и вода. Органические вещества на воздухе окисляются, под действием света происходит деградация. Ученым важно понять, почему разрушается молекулярная структура, как и что нужно сделать, чтобы этого избежать.

– Я бы не удивлялся тому, что будет в этой области через 20 лет, – подводит итог Денис Баранов. – Это новые технологии, где еще надо раскусить изюминку. Когда раскусим – будет прорыв.

Татьяна Осипова, фото автора