Щелочной аккумулятор превзошёл по ёмкости литий-ионные батареи в 6 раз
Международная группа под руководством исследователей из Стэнфордского университета разработала аккумуляторы, которые могут хранить в шесть раз больше заряда, чем коммерчески доступные батареи.
Это достижение, подробно описанное в новой статье, опубликованной 25 августа в журнале Nature, может ускорить создание высокопроизводительной батареи, позволяющей заряжать мобильные телефоны только раз в неделю, а не каждый день, как сейчас.
Новые, так называемые щелочные металл-хлорные батареи используют прямое химическое преобразование в хлор хлоридов натрия или лития.
Причина, по которой никто до сих пор не создал высокопроизводительные перезаряжаемые натрий-хлорные или литий-хлорные батареи, заключается в том, что хлор слишком реактивен и его сложно преобразовывать обратно в хлорид с высокой эффективностью. В тех немногих случаях, когда удавалось достичь определённой степени перезаряжаемости, платой за это были низкие рабочие характеристики батареи.
На этот раз исследователи задались целью усовершенствовать изобретённую в 1970-х годах конструкцию одноразовой батареи, использующей тионилхлорид. После нескольких лет экспериментов с различными материалами положительного электрода (катода) батареи инженерам Стэнфорда наконец удалось добиться прорыва в обеспечении обратимости электрохимического процесса.
Нужный катодный материал был предоставлен сотрудниками Тайваньского национального университета Чунг Ченг. Углеродный катод состоял из множества наносфер, пронизанных мельчайшими порами. На практике эти полые сферы действуют как губка, впитывая изрядное количество реактивных молекул хлора и сохраняя их для последующего преобразования в соль внутри микропор.
«При зарядке батареи, молекула хлора улавливается и защищается в крошечных порах углеродных наносфер, – пояснил один из авторов статьи. – Когда нужно мы можем разрядить аккумулятор и преобразовать хлор в NaCl – поваренную соль – и повторить этот процесс в течение многих циклов. В настоящее время мы довели количество повторений до 200 раз, и это ещё не предел».
На данный момент исследователи достигли плотности энергии в 1200 миллиампер-часов на грамм катодного материала, для сравнения ёмкость коммерческих литий-ионных аккумуляторов не превышает 200 миллиампер-часов на грамм.
Разработанный ими прототип может подойти для использования в небольшой повседневной электронике, такой как слуховые аппараты или пульты дистанционного управления. Для других приложений, включая электромобили, предстоит ещё много работы по оптимизации конструкции батареи, увеличению плотности энергии и циклической устойчивости.