Organické vodivé polymery přinášejí revoluci v oblasti moderních technologií. Na rozdíl od tradičních anorganických polovodičů a vodičů nabízí tyto materiály hned několik klíčových výhod – jsou flexibilní, jejich výroba je energeticky méně náročná a jejich vlastnosti lze jemně ladit změnou chemické struktury základních monomerů.
Za objev vodivých polymerů byla v roce 2000 udělena Nobelova cena za chemii. Prvním vodivým polymerem byl dopovaný polyacetylen, který však vykazoval nízkou stabilitu. Vědecký svět tak stál před velkou výzvou: vytvořit polymer, který si zachová své elektroaktivní vlastnosti i po desítkách tisíc cyklů nabíjení a vybíjení. Dnes se ukazuje, že tento cíl je stále reálnější.
Stabilita díky vodíkovým můstkům
Na vývoji stabilního vodivého polymeru pracovala i dvojice vědkyň – Iryna Ivanko a Elena Tomšík. Zaměřily se na známý vodivý polymer PEDOT (poly(3,4-ethylenedioxythiophen)), který připravily elektrochemickou cestou. Unikátnost jejich přístupu spočívá v přidání kyseliny mravenčí do polymerizační směsi.
„Kyselina mravenčí v systému vytváří vodíkové můstky podobné těm, které známe z vody. Během elektrochemické depozice tak vzniká krystalická struktura, v níž jsou řetězce PEDOTu propojeny právě těmito můstky,“ vysvětluje Iryna Ivanko.
Díky této inovaci se podařilo získat stabilní elektroaktivní materiál, který lze využít například ve superkapacitorech – kondenzátorech s mimořádně vysokou elektrickou kapacitou.
Cesta k energetické soběstačnosti
Superkapacitory se vyznačují schopností velmi rychlého nabíjení, jejich nevýhodou však bývá rychlé samovybíjení. Výzkum Ivanko a Tomšík ukázal, že vodíkové můstky nejen stabilizují potenciál otevřeného obvodu, ale zároveň snižují rychlost samovybíjení.
„Mým cílem je vyvinout takový polymer, který bude prakticky využitelný pro ukládání energie – ať už v domácnostech, nebo v malých a přenosných zařízeních,“ doplňuje Elena Tomšík.
Vědecká radost i vytrvalost
Na otázku, co bylo na výzkumu nejtěžší, obě vědkyně shodně odpovídají: hledání správné metodiky a interpretace výsledků.
„Ve vědě je nejtěžší vysvětlit, proč hypotéza funguje – nebo naopak nefunguje – a najít parametry, které vedou k potvrzení teorie,“ říká Elena Tomšík. „A ten okamžik, kdy konečně získáte pozitivní výsledek, je naprosto uspokojivý.“
„Začátky byly nejnáročnější,“ doplňuje Iryna Ivanko. „Ale největší radost mám z toho, že závěry našeho čtyřletého výzkumu dnes nacházejí praktické využití.“