ЕВГЕНИЯ САВЕРИНА: «Работа химика крайне непредсказуема, что и делает ее интересной»
Евгения Саверина – аспирант ИОХ РАН, работающая под руководством кандидата химических наук, старшего научного сотрудника лаборатории аналогов карбенов и родственных интермедиатов (№1) ИОХ РАН Сыроешкина Михаила Александровича. Её исследования посвящены созданию пористых и наноразмерных материалов на основе германия и кремния с целью их использования, прежде всего, в литий-ионных и солнечных батареях в качестве анода на замену применяемому повсеместно в настоящее время графиту.
На сегодняшний день все электронные устройства работают на литий-ионных батареях с графитовым анодом. Ранее было показано, что замена графита на германий или кремний может привести к значительному увеличению емкости и мощности аккумулятора. Однако эти материалы страдают от большой объемной деформации, что на порядок снижает срок службы таких батарей. Но эту проблему можно решить использованием германия или кремния в виде наночастиц, получению которых и посвящена последняя работа Евгении:
— Обычно для эффективного получения наночастиц германия характерны жесткие условия, плохая масштабируемость и использование в качестве прекурсора тетрахлорида германия GeCl4 — токсичного и летучего вещества. В своей работе мы отошли от использования GeCl4, заменив его на германиевые соли оксокарбоновых кислот, применив метод электроосаждения для получения наночастиц. Среди оксалата, тартрата и цитрата германия именно последний продемонстрировал наилучшие электрохимические свойства и был выбран в качестве дальнейшего объекта изучения. Нами проводилось электроосаждение на различных материалах, среди которых наибольшее значение имеет медная фольга, т.к. именно она чаще всего используется при изготовлении литий-ионных батарей. Отдельно стоит отметить, что в качестве растворителя использовался безвредный пропиленгликоль, активно применяющийся в пищевой промышленности. Таким образом, нами был разработан метод, позволяющий получать наночастицы германия электроосаждением на медную фольгу из германиевых солей оксокарбоновых кислот с использованием пропиленгликоля в качестве растворителя. Процесс протекает на воздухе в довольно мягких условиях. Затем совместно с нашими коллегами из Сколтеха мы собрали из полученного нами материала полуячейку — батарею, в которой в качестве катода используется металлический литий. Наши батареи показали хорошую емкость и стабильность. Также в ходе подготовки статьи к публикации мы выяснили, что германий, осаждающийся на фольгу в виде пленки, является аморфным и может переходить в кристаллическое состояние под действием направленного лазера при проведении Раман-спектроскопии. Это очень необычно, в настоящее время изучение этого явления находится на начальном этапе.
Настоящее исследование по праву можно назвать результатом совместной работы целых научных коллективов:
— Сами процессы электроосаждения проводились как в ИОХ РАН, так и в Университете Ренна. Важную роль в этой работе сыграл центр коллективного пользования ИОХ РАН, где проводился анализ наших объектов с помощью электронной микроскопии, а также Сколтех, который предоставил возможность создания и тестирования батарей с использованием нашего материала.
Какие у Вас дальнейшие планы по развитию этой тематики?
— В нашей группе активно ведутся исследования по использованию в качестве анодного материала для литий-ионных батарей германия-132, обладающего к тому же противораковой, противогепатитной, антиоксидантной, противовоспалительной активностью. Мы предполагаем, что его двухмерная слоистая структура позволит улучшить свойства батарей на основе GeO2, который быстро разрушается за счет интеркаляции катионов лития в его трехмерную структуру. Нами уже проведены предварительные исследования и показано, что, действительно, емкость и стабильность батарей на основе германия-132 значительно превышают аналогичные показатели аккумуляторов на основе GeO2.
Как Вы попали в ИОХ?
— С детства во мне была какая-то тяга к естественным наукам. В лабораторию №1 ИОХ РАН я попала будучи студенткой последнего курса МГМУ им. И.М. Сеченова. С первого взгляда меня поразила техническая оснащенность лабораторий и научный уровень проводимых исследований. После успешного выполнения и защиты дипломной работы я поступила в аспирантуру, где и обучаюсь в настоящее время.
Какими качествами, на Ваш взгляд, должен обладать современный ученый-химик?
— Одно из ключевых качеств — здоровое любопытство, желание узнавать что-то новое. Ведь именно это и обеспечивает интерес к проводимым исследованиям. Также очень важен оптимизм: ведь работа химика крайне непредсказуема, и очень часто есть шанс потерпеть фиаско. Именно в такой ситуации важно не сдаваться и искать ответ, в чем причина неудачного эксперимента.
E. A. Saverina, V. Sivasankaran,R. R. Kapaev,A. S. Galushko,V. P. Ananikov, M. P. Egorov,V. V. Jouikov,P. A. Troshin, M. A. Syroeshkin An environment-friendly approach to produce nanostructured germanium anodes for lithium-ion batteries Green Chem., 2020, 22(2), 359-367, DOI: 10.1039/C9GC02348H
Справка ИОХ РАН:
Саверина Евгения Александровна
Дата рождения: 7.10.1994
Должность, ученая степень: инженер-исследователь
Начало работы в ИОХ РАН: 2016 г.
Научные интересы: электрохимия, наноматериалы, металлоорганическая химия