Нанотехнологии. В США создали аккумуляторы, которые хранят в шесть раз больше заряда
Международная группа исследователей разработала аккумуляторные батареи, которые могут хранить до шести раз больше заряда, чем те, которые в настоящее время коммерчески доступны.
Новые так называемые щелочно-хлорные батареи были разработаны группой исследователей во главе с профессором химии Стэнфордского университета Хунцзе Даем и докторантом Гуаньчжоу Чжу.
Они основаны на возвратно-поступательном химическом преобразовании хлорида натрия (Na/Cl2) или хлорид лития (Li/Cl2) до хлора.
Когда электроны перемещаются от одной стороны перезаряжаемой батареи к другой, перезарядка возвращает химический состав обратно в исходное состояние, ожидая следующего использования.
«Аккумуляторная батарея немного похожа на кресло-качалку. Она наклоняется в одном направлении, но затем раскачивается, когда вы добавляете электричество. То, что у нас есть, — это кресло-качалка с высокими качелями», — объяснил Дай.
Причина, по которой никто еще не создал высокопроизводительные перезаряжаемые натрий-хлорные или литий-хлорные батареи, заключается в том, что хлор слишком реактивен и его сложно преобразовать обратно в хлорид с высокой эффективностью. В тех немногих случаях, когда удавалось достичь определенной степени перезаряжаемости, производительность батареи оказалась низкой.
Фактически, Дай и Чжу вообще не намеревались создать перезаряжаемые натриевые и литий-хлорные батареи, а просто усовершенствовали существующие технологии батарей с использованием тионилхлорида. Это химическое вещество является одним из основных ингредиентов литий-тионилхлоридных батарей, которые являются популярным типом одноразовых батарей, впервые изобретенных в 1970-х годах.
Но в одном из своих ранних экспериментов с хлором и хлоридом натрия исследователи из Стэнфорда заметили, что преобразование одного химического вещества в другое каким-то образом стабилизировалось, что привело к некоторой перезарядке.
«Я не думал, что это возможно. Нам потребовалось около года, чтобы по-настоящему понять, что происходит», — сказал Дай.
В течение следующих нескольких лет команда выяснила обратимый химический состав и искала способы сделать его более эффективным, экспериментируя с множеством различных материалов для положительного электрода батареи. Большой прорыв произошел, когда они сформировали электрод из усовершенствованного пористого углеродного материала. Этот материал имеет структуру наносферы, заполненную множеством сверхмалых пор. На практике эти полые сферы действуют как губка, впитывая большое количество молекул хлора и сохраняли их для последующего преобразования в соль внутри микропор.
«Когда батарея заряжена, молекула хлора улавливается и защищается в крошечных порах углеродных наносфер. Затем, когда аккумулятор необходимо разрядить или разрядить, мы можем разрядить аккумулятор и преобразовать хлор в NaCl — поваренную соль — и повторить этот процесс в течение многих циклов. В настоящее время мы можем выполнять цикл до 200 раз», — пояснил Чжу.
В итоге исследователи достигли 1200 миллиампер-часов на грамм материала положительного электрода, в то время как емкость коммерческих литий-ионных аккумуляторов сегодня составляет до 200 миллиампер-часов на грамм. «Наша емкость как минимум в шесть раз выше», — сказал Чжу.
Исследователи предполагают, что их батареи однажды будут использоваться в ситуациях, когда частая подзарядка нецелесообразна или нежелательна, например, в спутниках или удаленных датчиках. Но сейчас рабочий прототип может быть пригоден для использования в небольшой повседневной электронике, такой как слуховые аппараты или пульты дистанционного управления.
Ранее НВ писал, что австралийская компания Graphene Manufacturing Group (GMG) из Брисбена создала батареи, которые по многим параметрам выглядят намного лучше современных литиевых аккумуляторов.
Разработчики называют новинку «прорывом» и обещают через год начать серийное производство этих батарей.
Новые аккумуляторы из алюминия и графена дешевле, не используются редкоземельные металлы, не горят, выдерживают колоссальные токи и широкий диапазон рабочих температур. Такие аккумуляторные батареи могут ускорить развитие электротранспорта.
Однако GMG обещает начать производство алюминиево-ионных графеновых батарей для электромобилей только в 2024 году, а со следующего года запустит батареи для других нужд.
Подписаться на ежедневную email-рассылку материалов раздела Техно Ежедневная рассылка о том как технологии изменяют мир подписаться Ежедневно в 17:00