Похоже, новый тип накопителей в прямом смысле готов попросить на выход литий-ионные аккумуляторная батареи, причём с громадной пользой для потребителей — от обладателей электромобилей до молящихся на новые планшеты и смартфоны.

Смотрите кроме этого: Топливная батарея на сахарах продемонстрировала невиданную эффективность

Водородные топливные батареи нуждаются в платине, да и водород для них не через чур дёшев и распространён. Смогут ли их энзимные аналоги, применяющие вместо газа сахара, появляться более практичным источником энергии? Несколько исследователей под управлением Персиваля Чжана (Y.H.

Инженеры, подарившие нам современные литий-ионные батареи, сделали громадное дело. Попытайтесь представить мир без них: совместно со смартфонами вы носили бы тяжёлый и страшный свинцовый аккумулятор… Но, нет, не носили бы. По причине того, что он не влез бы в карман, а таскать особый рюкзачок для него мало кто согласится.

Про планшеты, букридеры и другие ноутбуки и сказать не следует: «ноут» в одной сумке со громадным аналогом UPS в второй — кому это нужно?..

Но кроме того лучшие инженеры не смогут одурачить законы физики: литий-ионная эра, по сути, упёрлась в собственный потолок, и или нам необходимы принципиально другие батареи, или мы ни при каких обстоятельствах не заметим недорогих массовых электромобилей, а отечественные ненаглядные электровертолёты и самолёты так и останутся аппаратами, проводящими в воздухе не более получаса.

Электрод из карбида титана a) до первого рабочего цикла, b) по окончании него и с) по окончании сотого рабочего цикла. Прекрасно видна малая деградация электрода по окончании начала работы. Сотня циклов для него очевидно не предел. (Тут и ниже иллюстрации Peter G. Bruce et al.)

Одним из самые перспективных кандидатов в «аккумуляторная батареи будущего» выглядят литий-воздушные батареи. Принцип их работы близок к сжиганию жидкого горючего: литий окисляется, давая многократно больше энергии на единицу объёма и веса, чем это смогут сделать сегодняшние массовые образцы батарей, а также больше, чем сравнительно не так давно серьёзно усовершенствованные литий-серные. Наконец, сам окислитель они берут из окружающего воздуха (откуда и наименование), что разрешает не «возить» его с собой, дополнительно снижая массу.

Вот лишь живут «литий-воздушники» немного: не считая реакции с кислородом, литий в аккумуляторная батареях реагирует с электродами и электролитом, забирая у тех углерод и образуя карбонат лития. Последний очень стабилен, и в случае если оксид лития при зарядке батареи восстанавливается, то карбонат остаётся. И с каждым циклом его делается всё больше, а с кислородом взаимодействует всё меньше лития — другими словами ёмкость накопителя падает драматически скоро.

В большинстве случаев они выдерживают не более нескольких десятков циклов зарядки-разрядки, что делает их непрактичными кроме того с учётом большой ёмкости.

Исследователи из Сент-Эндрюсского университета (Шотландия) во главе с Питером Брюсом (Peter G. Bruce) попытались поменять электрод и электролит. Первый был выполнен ими не из стандартной смеси диметилэфира и тетраэтиленгликоля, а из диметилсульфоксида. Одна молекула последнего содержит всего два атома углерода [(CH3)2SO], тогда как у первого вещества их десять на молекулу.

Так, образование карбоната лития с таким электролитом не смотря на то, что и быть может, но происходит куда реже.

Графики опробований новой и простой литий-воздушной батареи. Новинка демонстрирует очень стабильное поведение (в отличие от контрольного образа). Для сравнения: классические литий-ионные аккумуляторная батареи могут похвалиться удельной ёмкостью около 140–180 мА•ч/г.

А вот с более стабильным материалом для электрода было нужно помучиться. В принципе, доходило нанопористое золото, известное собственной химической стабильностью. Да лишь золото дорого, и его применение изначально задрало бы цену новых батарей и на вес повлияло бы очень плохо.

И тогда разработчики обратились к карбиду титана (TiC). Это только устойчивое к химическим и температурным действиям соединение; одновременно с этим оно сохраняет свойство к переносу электронов.

Такие электроды были испытаны вместе с новым электролитом, и созданная на их базе литий-воздушная батарея продемонстрировала сохранение более чем 98% ёмкости по окончании 100 циклов зарядки-разрядки. Контрольный пример простого аккумулятора для того чтобы типа продержался всего 25 циклов, не смотря на то, что и употреблялся с меньшей общей ёмкостью и плотностью тока. Кстати, кроме того электроды с нанопористым золотом по окончании того же количества циклов разрешали батарее сохранять только 95% изначальной ёмкости, другими словами карбид титана был и дешевле, и лучше собственного «добропорядочного» аналога.

Более того, новый органический материал для электролита, наверное, не повинен в образовании карбоната лития, да и то его количество, которое по большому счету образуется, происходит скорее от материала электрода. Именно поэтому в батарее нет накопления углекислого газа на протяжении разрядки.

Tesla Model S с батареями большой ёмкости «освоит» тысячу циклов зарядки-разрядки приблизительно за 400–500 тыс. км, другими словами батарей с живучестью в 1 000 циклов более чем хватит на целый жизненный путь дальнего электромобиля. (Фото Tesla Motors.)

В итоге неспециализированные посторонние реакции (а это основная обстоятельство деградации «литий-воздушников» со временем), по сообщениям исследователей, удалось сократить в сорок раз, что впечатляет. Линейно экстраполируя эти по накоплению карбоната лития, возможно высказать предположение, что кроме того по окончании 1 000 циклов его будет не более 2% от общей массы. В противном случае говоря, карбид титана продемонстрировал себя хорошей и наряду с этим в четыре раза более лёгкой заменой дорогого золота.

Что ж, наверное, ингредиенты для новой революции в области накопителей энергии готовы: «литий-воздушники» на порядок более ёмки, чем литий-ионные батареи, и в пару раз превосходят в этом отношении кроме того литий-серные. А если судить по сохранению ёмкости по окончании ста циклов, их новый пример в полной мере возможно применять куда продолжительнее — другими словами он по-настоящему годится для электромобилей с дальностью пробега 500+ км и может радикально поменять продолжительность работы портативной электроники.

Как раз предстоящая оптимизация разработки, включая холодоустойчивые добавки в электролит, и её опробование для громадного количества циклов зарядки-разрядки и имеется нынешние задачи исследователей.

Отчёт об изучении размещён в издании Nature Materials.

Подготовлено по данным Ars Technica. Изображения на заставках принадлежат Shutterstock (1 и 2.)

Создатель: Александр Березин

Случайная статья:

• Обзор игрового контроллера для iphone 5/5s logitech powershell
• Великолепная восьмёрка

Как придать ногтям красивую форму в домашних условиях

Похожие статьи:

• Литий-серные батареи достигли рекордной живучести

  Созданы аккумуляторная батареи, ёмкость которых разрешит бюджетным электромобилям удаляться от розетки на 400–500 километров. В Лоуренсовской…

• Как заряжать и обслуживать литий ионный аккумулятор

  Портативные разработки фактически идеальны, но они нуждаются в независимом источнике питания. По сути, это единственный недочёт таких устройств. Для…

• Новая литий-ионная батарейка в 2 тысячи раз мощнее и в тысячу раз быстрее заряжается

  Исследователи из Университета Иллинойса создали новую разработку литий-ионных батарей, каковые в 2000 раз замечательнее сопоставимых аналогов. По словам…