Ваш следующий аккумулятор может быть изготовлен из соли

Ученые приблизились к разработке более экологичной альтернативы литий-ионной батареи, базирующейся на соли! Правильно, соль — это то, что мы используем ежедневно и много встречается в природе. Последствия этого открытия лежат в нескольких отраслях, таких как автомобильные электромобили, различные электронные технологии, а также в решениях для альтернативной энергии ветра и солнца. В новом исследовании ученые из Массачусетского технологического института, Университета Южной Дании и Копенгагенского университета нашли способ сделать натриево-ионный аккумулятор более энергоэффективным. Это было достигнуто путем изменения состава батареи за счет добавления марганца. Марганец — это переходный металл, который имеет наполовину заполненную d-оболочку, что в химии указывает на его стабильность, а также возможность множественных степеней окисления. Присутствие марганца помогает в процессе зарядки и позволяет батарее иметь более высокое напряжение или более длительный срок службы батареи, а также потенциально более высокую емкость батареи или способность хранить больше энергии. Чтобы полностью понять значение и влияние этого открытия, вернемся к пониманию того, почему батареи важны, и причины создания солевых батарей, в отличие от литий-ионных.

Важность литий-ионных аккумуляторов нельзя недооценивать, поскольку они используются практически в каждом устройстве. В дополнение к этому, всего несколько месяцев назад, в октябре 2019 года, Нобелевский комитет объявил, что Нобелевская премия по химии будет вручена трем ученым, Джону Б. Гуденафу, М. Стэнли Уиттингему и Акири Йошино, которые сыграли важную роль. в разработке литий-ионных батарей, подчеркивая важность их работы как в научном сообществе, так и ее влияние на промышленное применение.

Литий-ионные аккумуляторы пришли на смену своим предшественникам, свинцово-кислотным аккумуляторам, которые были одновременно очень тяжелыми и опасными, а также вызывали серьезные проблемы с окружающей средой и токсичностью. Литий-ионные батареи, с другой стороны, предлагали более безопасную и эффективную альтернативу. Однако, когда ученые создали литий-ионную батарею, они протестировали много других металлов, кроме лития. Одним из них был натрий, который находится в той же группе, что и литий, и имеет общие химические свойства, но отличается по размеру. Из-за разницы в размерах натрий медленнее перемещается от одного электрода к другому, что влияет на процесс заряда батарей. Таким образом, литий, будучи меньшим по размеру, работал быстрее и был одной из причин, почему он был выбран в качестве оптимального иона для изготовления батареи. Однако определенные экологические и социальные проблемы. В дополнение к этому кобальт является еще одним элементом, используемым для изготовления литий-ионной батареи, что также вызывает этические проблемы в отношении операций по добыче полезных ископаемых. Кроме того, кобальт стоит дорого.

Натриево-ионная батарея решает обе проблемы. Во-первых, не нужно полагаться на кобальт, а во-вторых, натрий легко доступен в отложениях на дне океана. Еще одно преимущество заключается в том, что из-за схожего химического состава лития и натрия многие материалы, которые были протестированы или использовались для лития, также могут быть использованы для натрия. Что касается производства, легко адаптировать заводы, которые использовались для производства литий-ионных аккумуляторов, к натриево-ионным, приложив немного усилий. Однако все это имеет одну оговорку.

Литий и натрий являются разными элементами, поэтому независимо от того, насколько они похожи друг на друга, они все равно разные, и поэтому необходимы исследования для определения способа создания эффективной натриево-ионной батареи. В дополнение к этому, их химия привлекает их к различным приложениям. В случае натрия, когда он больше, количество энергии, которое может храниться на единицу объема, уменьшается, как и время, необходимое для зарядки. Следовательно, ионно-натриевые батареи работали бы лучше, если бы размер батареи был больше. Это означает, что он может лучше всего подходить для питания устройств стационарного характера, что указывает на применение в областях альтернативных источников энергии. Ветер и солнце являются хорошими кандидатами, потому что они неподвижны, а также потому, что ветер или солнце присутствуют не все время, источник энергии колеблется, что делает выход энергии непостоянным во времени. Следовательно, полезно иметь батарею, которая накапливает энергию и подает ее для более стабильной выходной мощности. На самом деле такое заявление произошло в прошлом году в китайской провинции Цзянсу, где по данным Китайской академии наук, натрий-ионный аккумулятор использовался как накопитель для регулирования энергии, «хранения энергии во время низкого потребления и подачи электроэнергии в часы пик».