Prof. dr hab. Elżbieta Frąckowiak (ur. w 1950 r. w Kiszewach) należy do światowej czołówki elektrochemików zajmujących się nanomateriałami wykorzystywanymi do magazynowania i konwersji energii w superkondensatorach, ogniwach litowo-jonowych i ogniwach paliwowych. Pracuje w Zakładzie Elektrochemii Stosowanej Politechniki Poznańskiej, gdzie prowadzi badania w dziedzinie
elektrochemicznych źródeł energii.

Absolwentka Wydziału Matematyki, Fizyki i Chemii Uniwersytetu im. Adama Mickiewicza w Poznaniu (1972).
– To właśnie promotor pracy magisterskiej – prof. Edward Dutkiewicz z UAM – wyjawiał tajniki pogranicza faz elektroda/elektrolit, które wciąż są centrum moich zainteresowań naukowych – wspomina. Pracę naukową kontynuowała na Politechnice Poznańskiej, na której współpracowała z doc. Marią Kiciak i obroniła doktorat Wpływ glikoli polietylenowych na elektrochemiczne właściwości elektrody cynkowej (1988), a następnie uzyskała habilitację za Badanie elektrochemicznych właściwości materiałów węglowych w procesie insercji i sorpcji jonów (2000). Za obronę rozprawy została nagrodzona Indywidualną Nagrodą Ministra Edukacji Narodowej (2001). Od 2004 r. jest profesorem Politechniki Poznańskiej, a od 2007 r. – profesorem tytularnym.

W latach 1993-2001 współpracowała z francuskim ośrodkiem badawczym CNRS w Orleanie. Była też stypendystką DAAD na Uniwersytecie w Duisburgu (2001). W latach 1999-2005 koordynowała program badawczy NATO „Nauka dla Pokoju” w dziedzinie materiałów węglowych stosowanych do elektrochemicznego magazynowania energii. – Propozycja projektu wyszła od prof. Barsukova z Kijowa, ale projekt opracowałam niemal sama, pojechałam do Brukseli, aby go obronić przed komisją. Ostatecznie został on przyznany i jako jego koordynatorka ze strony polskiej mogłam dokonać zakupu aparatury (komora rękawicowa z atmosferą argonu, potencjostaty/galwanostaty etc.).To pozwoliło na realizację znacznie bardziej zaawansowanych badań.

Od 2008 r. jest członkiem International Advisory Board of Energy & Environmental Science, a od 2009 r. – przewodniczącą sekcji Electrochemical Energy Conversion and Storage Międzynarodowego Towarzystwa Elektrochemicznego i redaktorem naczelnym The Open Electrochemistry Journal. Członek komitetów doradczych czasopism Energy & Environmental Science i Electrochimica Acta. Współpracuje naukowo z Centralnym Laboratorium Akumulatorów i Ogniw w Poznaniu oraz Oddziałem Instytutu Metali Nieżelaznych w Gliwicach.

Autorka 13 patentów i zgłoszeń patentowych oraz 150 artykułów naukowych
i rozdziałów w książkach, które cieszą się światowym uznaniem – ponad 4840 cytowań i wysoki indeks Hirscha (34).

Kieruje kilkuosobowym zespołem badawczym w Instytucie Chemii i Elektrochemii Technicznej. O jej zdolnościach organizacyjnych świadczy kierowanie 9 projektami badawczymi KBN oraz pozyskiwanie kontraktów przemysłowych z zagranicznymi instytucjami, np. Karbon Industrie-Francja, Future Carbon i SGL (Niemcy), DREUX Innovation (Francja).

Kilkakrotnie była koordynatorem programu „Polonium” rozwijającym współpracę pomiędzy IChiET a CNRS-University Orleans i CNRS – Mulhouse z Francji. Współpracowała również z Instytutem INCAR w Oviedo. Obecnie współpracuje z Heyrovsky Institute w Pradze i Max Planck Institute w Poczdamie.

Jest organizatorką i inicjatorką wielu konferencji naukowych, np. ISIC12, ISEECap ‘11, CARBON. Organizowała sesje na temat superkondensatorów w USA podczas Advanced Automotive Battery & EC Capacitor Conference (AABC) w Long Beach (2009) i Orlando (2010).

Za ogromne wyróżnienie uważa wybór, poprzez internetowe międzynarodowe głosowanie, na przewodniczącą Sekcji 3 „Electrochemical Energy Conversion and Storage” International Society of Electrochemistry (2009-14).

Nagrodzona za badania nad nowymi materiałami i kompozytami węglowymi i ich wykorzystanie do elektrochemicznego magazynowania i konwersji energii. Opracowywane przez nią materiały węglowe to w szczególności nanorurki węglowe i ich nanokompozyty z polimerami przewodzącymi i tlenkami, nanoteksturalne węgle oraz kompozyty węglowe wzbogacane azotem, tlenem i jodem, które są podstawą technologii stosowanej w superkondensatorach – urządzeniach o dużej pojemności elektrycznej, potrafiących szybko pobierać i oddawać duże wartości mocy. Znajdują one zastosowanie m.in. w przemyśle motoryzacyjnym (samochody hybrydowe i elektryczne), energetycznym (układy zasilania rezerwowego stabilizujące pracę sieci) i w branżach produkujących urządzenia przenośne.

Dzięki swoim właściwościom mogą być częściową alternatywą paliw odpowiedzialnych za wysoką emisję dwutlenku węgla. Umożliwiają także magazynowanie i transfer energii wytworzonej ze źródeł odnawialnych – wiatru, słońca, źródeł geotermalnych. Są więc istotnym elementem procesu poszukiwania rozwiązań dla problemów niedoboru energii i zanieczyszczania środowiska.

Tam dokąd warto pójść, nie ma żadnych dróg na skróty
W liceum marzyła mi się filologia angielska, ale ostatecznie wybrałam chemię. Moje początkowe zainteresowania badawcze dotyczyły elektrochemicznych właściwości proszkowych elektrod cynkowych modyfikowanych różnymi metalami oraz substancjami przewodzącymi, np. sadzą acetylenową. Badania te były bazą do wygłoszenia referatu na prestiżowej konferencji na temat źródeł prądu „17th International Power Sources Symposium” w Bournemouth (1991). Byłam niemal jedyną osobą z krajów wschodnich na tej konferencji. Jej wysoki koszt pokryłam częściowo prywatnie. Tam także doświadczyłam, że język angielski, którym się posługuję, różni się „co nieco” od języka Anglików.

W celu eliminacji dendrytycznych osadów cynkowych prowadziłam zaawansowane prace nad roztworami superprzesyconymi, takimi jak np. alkaliczne roztwory cynkanowe stabilizowane jonami litowymi, które były wykorzystywane do wtórnej elektrody cynkowej (tzw. rozpuszczalnej) ładowanej prądem impulsowym. W trakcie tych badań współpracowałam z dr. Krzysztofem Jurewiczem, który rozwinął koncept takiej unikatowej elektrody.

Materiały węglowe i ich kompozyty były zawsze głównym nurtem moich badań. Interesowało mnie ich praktyczne wykorzystanie w elektrochemicznych źródłach prądu. Do badań sorpcji litu użyłam warstwowych interkalacyjnych nanokompozytów, które otrzymane poprzez rozpuszczenie części nieorganicznej pozwoliły na otrzymanie specjalnych węgli o lamelarnej strukturze, będących odwzorowaniem prekursora. Miały się one silnie mezoporowaty charakter, stąd okazały się nieprzydatnym materiałem w zastosowaniu do ogniw litowych, natomiast wykazywały interesujące właściwości pojemnościowe. Prace te z wykorzystaniem nanorurek
węglowych i kompozytów realizowałam przy udanej współpracy z ośrodkiem naukowym CNRS, CRMD-Uniwersytet w Orleanie (prof. François Béguin). Podczas wielokrotnych pobytów naukowych w tym ośrodku jako „visiting professor” oraz w ramach programu „Polonium” zakorzeniłam się jako elektrochemik. Elektrochemia
okazała się nieodzowna do praktycznego wykorzystania materiałów węglowych do konwersji energii chemicznej w elektryczną. To właśnie badania elektrochemiczne materiałów doskonale uzupełniały ich fizykochemiczną charakterystykę. Jedna z prac dotyczących elektrosorpcji jonów litowych w środowisku aprotycznym z udziałem nanorurek węglowych otrzymanych metodą katalitycznego rozkładu acetylenu była faktycznie przełomowa. Publikacja ta, która jako pierwsza w świecie ukazała korzystne i negatywne cechy nanorurek węglowych, należy do wysoko cytowanych artykułów naukowych.

Moje obecne zainteresowania naukowe wciąż dotyczą badania procesów elektrochemicznych zachodzących na materiałach elektrodowo-czynnych, ze szczególnym uwzględnieniem pogranicza faz elektroda/elektrolit. Materiałem elektrodowym stosowanym w moim zespole są różnego rodzaju węgle, takie jak grafit, włókna węglowe, sferyczna mezofaza węglowa, wielościenne i jednościenne nanorurki węglowe, nanohorny, czyli nanostożki, koksy, sadza acetylenowa, aktywne węgle, polifluorek węgla, mezoporowate węgle uzyskane techniką repliki oraz materiał grafenowy. Szczególnie ważne miejsce zajmują badania dotyczące procesów ładowania podwójnej warstwy elektrycznej na skutek oddziaływań elektrostatycznych oraz zjawisk związanych z efektami pseudopojemnościowymi. Oba te procesy odgrywają kluczową rolę podczas magazynowania energii w kondensatorach elektrochemicznych. W pracach badawczych dużo uwagi poświęciłam procesom wnikania, czyli insercji bądź interkalacji jonów litowych do materiałów węglowych o różnorodnej strukturze i mikroteksturze. Prace te były tematem jednego patentu zagranicznego oraz podstawą kilkunastu publikacji.

Do bardzo ważnych osiągnięć należy wykorzystanie nanorurek węglowych do magazynowania energii elektrycznej. Prace te znalazły szerokie światowe uznanie, o czym świadczy ciągle narastająca liczba cytowań.
Nanorurki węglowe – ta nowa, egzotyczna forma węgla, dzięki swej specyficznej budowie, niezwykłym elektrycznym i mechanicznym właściwościom – są atrakcyjnym mezoporowatym materiałem umożliwiającym szybką propagację ładunku elektrycznego i dobrą mechaniczną stabilność, co wykorzystano do budowy materiałów superkondensatorowych (doktorat „cotutelle” Katarzyny Szostak). Mogą być doskonałym nośnikiem aktywnego materiału elektrodowego, np. dwutlenku manganu otrzymanego chemicznie, czy cząstek katalitycznych.

Za najważniejsze osiągnięcia badawcze (byłam inicjatorką badań i główną autorką pomysłów) uważam wykorzystanie materiałów węglowych jako anody ogniwa litowo-jonowego, zastosowanie nanorurek węglowych jako materiałów superkondensatorowych oraz wykazanie ich korzystnej roli w pracy cyklicznej. Ponieważ nanorurki węglowe charakteryzują się umiarkowanymi pojemnościami, na uwagę zasługuje więc oryginalna modyfikacja wielościennych nanorurek polimerami przewodzącymi (polipirol, polianilina, politiofen i jego pochodne) i opracowanie różnych metod wytwarzania nanokompozytów. To także badanie efektów pseudopojemnościowych z udziałem tlenków przejściowych (MnO2) oraz materiałów węglowych wzbogaconych w azot i tlen z wykorzystaniem ich w superkondensatorach. Ostatnio udowodniono, że źródłem efektów pseudopojemnościowych może być również roztwór elektrolitu, np. jodków i innych halogenków. Odkrycie to jest istotnym przełomem w dotychczasowych badaniach w świecie kondensatorowym.

Skąd zainteresowanie materiałami węglowymi i kompozytami? Węgiel jest pierwiastkiem wyjątkowym; szczególnie interesujące są jego formy przewodzące, takie jak grafit, węgiel aktywny, materiały węglowe wzbogacane azotem, tlenem czy jodem, a także urocze nanorurki węglowe. Do magazynowania czy konwersji energii materiał węglowy musi przewodzić prąd elektryczny. A czy możemy sobie wyobrazić świat bez źródeł energii?

Tematyka związana z kondensatorami elektrochemicznymi to znaczna część mojego życia. Zadaniem superkondensatorów jest dostarczanie energii w trakcie jej gwałtownego zapotrzebowania, a także szybkie magazynowanie energii podczas jej odzyskiwania, np. w trakcie hamowania pojazdu. Kondensatory zapewniają
poprawne charakterystyki prądu sieci elektrycznej, zabezpieczają ją przed krótkotrwałymi zanikami prądu.
Służą również do zasilania pojazdów. Są one wykorzystywane także podczas pracy dźwigów. Mają istotne znaczenie w budowaniu zintegrowanych systemów zawierających układy fotowoltaiczne lub turbiny wietrzne przy wykorzystywaniu energii odnawialnej – kompensują piki prądowe podczas nierównomiernego nasłonecznienia czy różnorodnej siły wiatru. Latem w Szanghaju jechałam autobusem zasilanym tylko superkondensatorami co – jako osobie żywo z nimi związanej – sprawiło mi ogromną radość. W Polsce, niestety, nie ma ich producenta.