АКБТехнології

Ваш наступний акумулятор може бути виготовлений із солі

Вчені наблизилися до розробки більш екологічної альтернативи літій-іонній батареї, що базується на солі! Правильно, сіль – це те, що ми використовуємо щодня і багато зустрічається в природі. Наслідки цього відкриття лежать у кількох галузях, таких як автомобільні електромобілі, різні електронні технології, а також у рішеннях для альтернативної енергії вітру та сонця. У новому дослідженні вчені з Массачусетського технологічного інституту, Університету Південної Данії та Копенгагенського університету знайшли спосіб зробити натрієво-іонний акумулятор більш енергоефективним. Це було досягнуто шляхом зміни складу батареї за рахунок додавання марганцю. Марганець – це перехідний метал, який має наполовину заповнену d-оболонку, що в хімії вказує на його стабільність, а також можливість множинних ступенів окислення. Присутність марганцю допомагає в процесі заряджання і дозволяє батареї мати більш високу напругу або триваліший термін служби батареї, а також потенційно більш високу ємність батареї або здатність зберігати більше енергії. Щоб повністю зрозуміти значення і вплив цього відкриття, повернімося до розуміння того, чому батареї важливі, і причини створення сольових батарей, на відміну від літій-іонних.

Важливість літій-іонних акумуляторів не можна недооцінювати, оскільки вони використовуються практично в кожному пристрої. На додаток до цього, лише кілька місяців тому, у жовтні 2019 року, Нобелівський комітет оголосив, що Нобелівську премію з хімії буде вручено трьом ученим, Джону Б. Гуденафу, М. Стенлі Уіттінґему та Акірі Йошино, які відіграли важливу роль. у розробці літій-іонних батарей, наголошуючи на важливості їх роботи як у науковому співтоваристві, так і її вплив на промислове застосування.

Літій-іонні акумулятори прийшли на зміну своїм попередникам, свинцево-кислотним акумуляторам, які були одночасно дуже важкими та небезпечними, а також викликали серйозні проблеми з навколишнім середовищем та токсичністю. Літій-іонні батареї, з іншого боку, пропонували більш безпечну та ефективнішу альтернативу. Однак, коли вчені створили літій-іонну батарею, вони протестували багато інших металів, крім літію. Одним з них був натрій, який знаходиться в тій же групі, що й літій, і має загальні хімічні властивості, але відрізняється за розміром. Через різницю в розмірах натрій повільніше переміщається від одного електрода до іншого, що впливає на процес заряду батарей. Таким чином, літій, будучи меншим за розміром, працював швидше і був однією з причин, чому він був обраний як оптимальний іон для виготовлення батареї. Проте певні екологічні та соціальні проблеми. На додаток до цього кобальт є ще одним елементом, який використовується для виготовлення літій-іонної батареї, що також викликає етичні проблеми щодо операцій з видобутку корисних копалин. Крім того, кобальт коштує дорого.

Натрієво-іонна батарея вирішує обидві проблеми. По-перше, не потрібно покладатися на кобальт, а по-друге, натрій легко доступний у відкладеннях на дні океану. Ще одна перевага полягає в тому, що через схожий хімічний склад літію та натрію багато матеріалів, які були протестовані або використовувалися для літію, також можуть бути використані для натрію. Що стосується виробництва, легко адаптувати заводи, які використовувалися для виробництва літій-іонних акумуляторів, до натрієво-іонних, доклавши трохи зусиль. Проте все це має одне застереження.

Літій і натрій є різними елементами, тому незалежно від того, наскільки вони схожі один на одного, вони все одно різні, і тому необхідні дослідження для визначення способу створення ефективної натрієво-іонної батареї. На додаток до цього, їхня хімія привертає їх до різних додатків. У разі натрію, коли він більший, кількість енергії, яка може зберігатися на одиницю об’єму, зменшується, як і час, необхідний для заряджання. Отже, іонно-натрієві батареї працювали б краще, якби розмір батареї був більшим. Це означає, що він може найкраще підходити для живлення пристроїв стаціонарного характеру, що вказує на застосування в областях альтернативних джерел енергії. Вітер і сонце є хорошими кандидатами, тому що вони є нерухомими, а також тому, що вітер або сонце присутні не весь час, джерело енергії коливається, що робить вихід енергії непостійним у часі. Отже, корисно мати батарею, яка накопичує енергію та подає її для стабільнішої вихідної потужності. Насправді така заява відбулася минулого року в китайській провінції Цзянсу, де за даними Китайської академії наук, натрій-іонний акумулятор використовувався як накопичувач для регулювання енергії, «зберігання енергії під час низького споживання та подачі електроенергії в години пік».