Создана первая жидкометаллическая батарея, работающая при комнатной температуре

Американские ученые создали аккумулятор на основе жидких металлов, разделенных электролитом из органического вещества, который работает при комнатной температуре. В роли анода выступает сплав натрия с калием, а в роли катода — жидкие сплавы на основе галлия. Исследование опубликовано в Advanced Materials.

В 1800 году Алессандро Вольта соединил проволокой цинковую и медную пластины и опустил их в кислоту, получив первый электрохимический источник тока. Расположив поочередно катоды и аноды, разделенные пропитанным электролитом сукном, ученый создал прародитель современных батарей. С тех пор технологии получения электричества из энергии химических реакций значительно развились. Прошедшей осенью химикам, разработавшим ныне широко применяемые литий-ионные аккумуляторы, вручили Нобелевскую премию.

И все же, аккумуляторы с твердыми электродами имеют ряд недостатков, которые можно частично устранить, если заменить анод и катод на жидкие металлы. Аккумуляторы с такими электродами, в отличие от твердотельных, не образуют дендритов, которые могут приводить к короткому замыканию, могут самовосстанавливаться и работают быстрее. Помимо характеристик вроде высокой энергоемкости и большого числа циклов перезарядки, которые уже демонстрировали создатели жидких аккумуляторов, источники тока должны работать при комнатной температуре.

Юй Дин (Yu Ding) и его коллеги из Техасского университета в Остине создали первый в своем роде аккумулятор, который состояит из жидких электродов и электролита и может работать при 20 градусах Цельсия. Учитывая температуры плавления, распространенность элементов в природе, токсичность и давление паров, исследователи выбрали в качестве отрицательно заряженного электрода сплав натрия с калием, а роль катода выполняли сплавы на основе галлия с индием или оловом.

В условиях комнатных температур металлы оставались жидкими, а их растворимость в типичных органических электролитах оказывалась незначительной, препятствуя саморазрядке. Жидкий анод хорошо смачивал материалы в местах контактов с твердыми стальными проводниками электричества. Для лучшего взаимодействия галлиевых сплавов с контактами при выводе электричества, ученые покрыли эти участки слоем золота.

Исследования раздела фаз сплава натрия с калием и органического электролита методом масс-спектрометрии вторичных ионов указали на то, что между ними образуется стабильная двуслойная интерфаза. На протяжении 100 циклов аккумулятор с натриево-калиевым анодом и катодом из сплава галлия и индия стабильно выполнял свои функции. Емкость при этом сохранялась выше 450 миллиампер-час на кубический сантиметр.

По словам авторов, несмотря на относительно высокую стоимость галлия сейчас, их работа показывает возможность создания экологичных аккумуляторов с различными жидкими металлическими электродами. Себестоимость такого электрохимического источника тока можно снизить без значительных потерь в эффективности, заменив индий на более дешевое олово. Исследователи утверждают, что аккумуляторы, в которых в качестве анода будет использован сплав галлия с индием и оловом, смогут вырабатывать электричество даже при отрицательных температурах вплоть до -13 градусов Цельсия.

Больше о химических источниках электроэнергии, их разнообразии и перспективных разработках читайте в нашем материале «Химия и ток».

Алина Кротова

Источник: https://nplus1.ru

В данной статье мы постарались собрать все основные и актуальные новости из СМИ о данном событии.

Жидкометаллический аккумулятор нового типа работает при комнатной температуре

Инженеры создали жидкометаллический аккумулятор, который работает даже при комнатной температуре и обладает рядом дополнительных преимуществ, по сравнению с существующими устройствами.

Большинство современных батарей состоит из твердотельных электродов, например, литий-ионные. Они обладают значительной энергоемкостью, но их производительность постепенно ухудшается. Существую также аккумуляторы с жидкими электродами, для нормальной работы которых обычно требуется температура выше 240 °C. Они способны эффективно хранить и доставлять энергию, но не обладают столь высокой емкостью, либо требуют постоянного нагрева.

Команда исследователей из Техасского университета в Остине представила новую жидкометаллическую батарею, которая объединяет в себе лучшие качества двух типов. По словам разработчиков, созданный прототип может нормально функционировать при температуре 20 °C, накапливать достаточный большой объем энергии, эффективно ее транспортировать и стабильно работать на протяжении длительного периода времени.

Анод нового аккумулятора содержит из сплава калия и натрия, а катод состоит из сплава на основе галлия. Поскольку его основные компоненты находятся в жидком состоянии, то устройство легко масштабировать.

В дальнейшем команда планирует найти более дешевую альтернативу галлию (единственного дорого материала в конструкции), чтобы снизить себестоимость, а также совершенствовать электролиты, чтобы повысить мощность работы в условиях комнатной температуры.

Исследователи также работают над улучшением и других типов аккумуляторв. Например, в ноябре Сколтеха представила высокомощный калиевый аккумулятор, заряжающийся за 10 секунд.

текст: Илья Бауэр, фото: University of Texas at Austin

Источник: https://bitcryptonews.ru

Создана первая жидкометаллическая батарея, работающая при комнатной температуре

И у жидких, и у твердотельных батарей есть свои преимущества и недостатки, но американские ученые утверждают, что сумели объединить лучшие качества обеих. У них получился первый полностью жидкометаллический аккумулятор, способный работать при комнатной температуре и с большей эффективностью, чем литий-ионные батареи.

Батареи с электродами из жидкого металла менее подвержены износу, чем твердотельные, поскольку им не угрожают дендриты — кристаллические образования, возникающие иногда в твердотельных аккумуляторах и приводящие к повреждению и даже возгоранию. Кроме того, жидкие батареи проще масштабировать — просто добавь раствор в бак побольше.

Однако, не все так просто. Для того чтобы металл оставался жидким, большинство батарей нужно нагревать как минимум до 240°C. Это требует дополнительного оборудования, занимающего много места и потребляющего много энергии.

Вместо этого специалисты из Техасского университета в Остине решили воспользоваться сплавом, который остается жидким при более приемлемых температурах, пишет New Atlas. Они остановили свой выбор на сплаве натрия и калия для анода и галлия-индия для катода.

Этот материал способен находиться в жидкой фазе при 20°C. По словам ученых, это самая низкая рабочая температура для всех жидкометаллических батарей, созданных до сегодняшнего дня.

По словам разработчиков, жидкометаллическую батарею можно заряжать и разряжать в несколько раз быстрее, чем литий-ионные батареи, плюс у нее высокая емкость и плотность энергии. Из-за жидких компонентов батарею можно легко увеличивать или уменьшать в зависимости от необходимой мощности. Чем больше батарея, тем больше энергии она может выдавать. Такая гибкость, как считают разработчики, позволяет этим батареям питать все — от смартфонов и часов до инфраструктуры, что лежит в основе движения к возобновляемой энергии.

«Мы рады видеть, что жидкий металл может обеспечить многообещающую альтернативу для замены обычных электродов, — сказал профессор Юй Дин, ведущий автор разработки. — Учитывая продемонстрированную высокую плотность энергии и мощности, эта инновационная ячейка может быть потенциально реализована как для интеллектуальной сети, так и для носимой электроники».

Исследователи утверждают, что аккумуляторы, в которых в качестве анода будет использован сплав галлия с индием и оловом, смогут работать даже при отрицательных температурах вплоть до -13°C.

Первая натрий-ионная батарея с емкостью на уровне литий-ионных была разработана совсем недавно в США. Ученые считают, что эти дешевые и безопасные аккумуляторы смогут стать новым стандартом.


Источник: https://hightech.plus

Смотрите видео: Электровелосипед своими руками. Пайка литиевых аккумуляторов 18650 для батареи из lanzhd 3400 мАч

Оцените статью
Добавить комментарий