znat_kak (znat_kak) wrote,
znat_kak
znat_kak

Category:

Жидкометаллический аккумулятор заработал при комнатной температуре

19:38 07 Июль 2020 г.


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.



Схематическое изображение аккумулятора из жидких электродов, разделенных электролитом
Yu Ding et al. / Advanced Materials, 2020

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

via

Tags: АККУМУЛЯТОРЫ, ИЗОБРЕТЕНИЯ, ТЕХНОЛОГИИ
Subscribe
  • Post a new comment

    Error

    default userpic

    Your reply will be screened

    Your IP address will be recorded 

    When you submit the form an invisible reCAPTCHA check will be performed.
    You must follow the Privacy Policy and Google Terms of use.
  • 0 comments