Нанотехнології. У США створили акумулятори, які зберігають ушестеро більше заряду

27 серпня 2021, 15:00

Міжнародна група дослідників розробила акумуляторні батареї, які можуть зберігати до шести разів більше заряду, ніж ті, які нині комерційно доступні.

Нові так звані лужно-хлорні батареї були розроблені групою дослідників на чолі з професором хімії Стенфордського університету Хунцзі Даєм і докторантом Гуаньчжоу Чжу.

Відео дня

Вони засновані на зворотно-поступальному хімічному перетворенні хлориду натрію (Na/Cl2) або хлориду літію (Li/Cl2) до хлору.

Коли електрони переміщаються від однієї сторони батареї до іншої, перезарядка повертає хімічний склад назад в початковий стан, чекаючи наступного використання.

«Акумуляторна батарея трохи схожа на крісло-гойдалку. Вона нахиляється в одному напрямку, але потім розгойдується, коли ви додаєте електрику. Те, що у нас є, — це крісло з високими гойдалками», — пояснив Дай.

Причина, через яку ніхто ще не створив високопродуктивні акумуляторні натрій-хлорні або літій-хлорні батареї, полягає в тому, що хлор дуже реактивний і його складно перетворити назад в хлорид з високою ефективністю. У тих небагатьох випадках, коли вдавалося досягти певного ступеня перезарядки, продуктивність батареї виявилася низькою.

Фактично, Дай і Чжу взагалі не мали наміру створити акумуляторні натрієві і літій-хлорні батареї, а просто вдосконалили наявні технології батарей з використанням тіонілхлориду. Ця хімічна речовина є одним з основних інгредієнтів літій-тіонілхлоридних батарей, які є популярним типом одноразових батарей, вперше винайдених у 1970-х роках.

Але в одному зі своїх ранніх експериментів з хлором і хлоридом натрію дослідники зі Стенфорда помітили, що перетворення одної хімічної речовини на іншу якимось чином стабілізувалося, що призвело до деякої перезарядки.

«Я не думав, що це можливо. Нам було потрібно близько року, щоб по-справжньому зрозуміти, що відбувається», — сказав Дай.

Протягом наступних кількох років команда з’ясувала оборотний хімічний склад і шукала способи зробити його більш ефективним, експериментуючи з безліччю різних матеріалів для позитивного електрода батареї. Великий прорив стався, коли вони сформували електрод з удосконаленого пористого вуглецевого матеріалу. Цей матеріал має структуру наносфери, заповнену великою кількістю надмалих пор. На практиці ці порожнисті сфери діють як губка, вбираючи велику кількість молекул хлору і зберігаючи їх для подальшого перетворення на сіль всередині мікропор.

«Коли батарея заряджена, молекула хлору вловлюється і захищається в крихітних порах вуглецевих наносфер. Потім, коли акумулятор необхідно використати або розрядити, ми можемо зробити це і перетворити хлор на NaCl — кухонну сіль — і повторити цей процес протягом багатьох циклів. Зараз ми можемо виконувати цикл до 200 разів», — пояснив Чжу.

В результаті дослідники досягли 1200 міліампер-годин на грам матеріалу позитивного електрода, тоді як ємність комерційних літій-іонних акумуляторів сьогодні становить до 200 міліампер-годин на грам. «Наша ємність як мінімум ушестеро вища», — сказав Чжу.

Дослідники припускають, що їхні батареї одного разу будуть використовуватися в ситуаціях, коли часта підзарядка недоцільна або небажана, наприклад, в супутниках або віддалених датчиках. Але зараз робочий прототип може бути придатний для використання в невеликій повсякденній електроніці, такій як слухові апарати або пульти дистанційного керування.

Раніше НВ писав, що австралійська компанія Graphene Manufacturing Group (GMG) з Брисбена створила батареї, які за багатьма параметрами виглядають набагато краще за сучасні літієві акумулятори.

Розробники називають новинку «проривом» і обіцяють за рік почати серійне виробництво цих батарей.

Нові акумулятори з алюмінію і графену дешевші, не використовуються рідкоземельні метали, не горять, витримують колосальні струми і широкий діапазон робочих температур. Такі акумуляторні батареї можуть прискорити розвиток електротранспорту.

Однак GMG обіцяє почати виробництво алюмінієво-іонних графенових батарей для електромобілів тільки у 2024 році, а з наступного року запустить батареї для інших потреб.

Показати ще новини
Радіо НВ
X