Разгадана тайна сернокислотного аккумулятора

Химики смогли разгадать загадку, которой более полутора веков – благодаря чему свинцово-сернокислотные аккумуляторы, которые можно найти под капотом большинства автомобилей, обладают столь уникальной способностью обеспечивать высокую силу тока.

Свинцово-сернокислотные аккумуляторы способны создавать значительную силу тока, необходимую для запуска двигателя автомобиля, благодаря исключительно высокой электропроводности материала, из которого изготовлен анод аккумулятора – диоксида свинца (PbО2). Тем не менее, еще с момента изобретения свинцово-сернокислотного аккумулятора в 1859 году до недавнего времени фундаментальные причины, лежащие в основе высокой электропроводности диоксида свинца, не были понятны исследователям.

Химики смогли разгадать загадку, которой более полутора веков – благодаря чему свинцово-сернокислотные аккумуляторы, которые можно найти под капотом большинства автомобилей, обладают столь уникальной способностью обеспечивать высокую силу тока.

Группа исследователей из Оксфордского Университета, Университета Бата и Колледжа Св. Троицы в Дублине полагает, что им, наконец, впервые удалось объяснить фундаментальные причины, лежащие в основе высокой электропроводности диоксида свинца.

Руководитель исследования, профессор Расс Эгделл (Russ Egdell) из Оксфорда заявляет, что способность свинцово-сернокислотного аккумулятора создавать силу тока, превышающую 100 А, необходимую для запуска стартера автомобиля, главным образом определяется тем фактом, что диоксид свинца, накапливающий химическую энергию в аноде аккумулятора, отличается высоким значением электропроводности, что позволяет при первой необходимости создавать ток с большой силой, однако причина электропроводности диоксида свинца до настоящего времени оставалась предметом многочисленных дискуссий – другие оксиды металлов с подобным строением (например, диоксид титана) не проводят электрический ток.

Квантово-химические исследования с помощью гибридного метода функционала плотности наряду с изучением анодного материала свинцово-сернокислотного аккумулятора с помощью метода нейтронной дифракции позволило определить, что хотя сам по себе диоксид свинца и представляет собой полупроводник с очень небольшим значением запрещенной зоны с непрямыми переходами (около 0.2  эВ), он приобретает черты материала с электронной проводимостью при потере его кристаллической решеткой атомов кислорода.

Исследователи предполагают, что обнаруженная ими закономерность может оказаться важной информацией, которая поможет при практической разработке новых перспективных материалов для анодов и катодов источников электроэнергии нового поколения.