В связи со стремительным истощением запасов природных ресурсов их экономичное потребление стало толчков к ряду новых открытий. Так, разработки группы ученых из Федеральной лаборатории материаловедения и Женевского университета привели к появлению нового автомобильного устройства для хранения энергии, эффективность которого в несколько раз превышает традиционный аналог. Он получил название твердотельный натриевый аккумулятор. Стоит рассмотреть принципы, положенные в основу для его изготовления и полученный промежуточный результат.
Устройство литий-ионного аккумулятора и его недостатки
Схема литий-ионной батареи
Используемые на сегодняшний момент батареи имеют 3 основных компонента:
- анод
- катод
- электролит.
Функцию последнего выполняют ионы лития. Отрицательный элемент этой электрической цепи выполняется из графита. Это препятствует образованию дендритов, способных вызвать замыкание цепи с последующим возгоранием.
Использование жидкого электролита в сочетании с неметаллическим анодом позволяет повысить безопасность изделия. При этом существенно снижает его ёмкость.
Что учитывалось при выборе твердого анода
Пример работы натриевого аккумулятора, который заряжается за 1 секунду
Выбирая вещество, которое можно будет использовать в качестве проводника, учитывался ряд деталей.
- Во-первых, это должно быть нетоксичное химическое соединение, которое будет безопасно для человеческого здоровья.
- Во-вторых, оно должно быть устойчивым к химическим реакциям и температурным перепадом. Это позволит снизить риск образования дендритов в полностью твердотельном аккумуляторе с металлическим анодом.
- В-третьих, проводник должен обеспечивать свободу перемещения натрию в электрической цепи устройства. В результате поисков выбор пал на клозо-боран, относящееся к классу борных соединений. Это компонент, наиболее полно отвечающий поставленным требованиям, был включен в состав новой батареи.
Устройство натриевого аккумулятора
Твердотельный натриевый аккумулятор (справа) намного компактнее литий-ионной (слева)
Аналагичная схема, что и выше только более понятная
На основе полученных исследований была сконструирована модель натриевого аккумулятора. В качестве анода был применен натрий в виде металла. Катодом стала смесь натрия с оксидом хрома. И клозо-боран был включен в состав как элетролит.
В процессе создания продукта соединение бора пришлось частично растворить с последующим выпаривание растворителя. Затем созданный композитный порошок был спрессован слоями. Заключительным этапом стало формирование батареи.
Результаты испытаний на сохранность энергии
Видео: как устроен натриевый аккумулятор?
Тестовый образец аккумулятор был полностью готов к испытаниям, которые показали положительные результаты нового изобретения. Так, батарея сохранила стабильность при 3В, при который традиционное устройство выходило из строя. Также она сохранила 85% энергии при 250 циклах перезарядки.
Однако исследовательская работа ещё не закончена.
- Во-первых, необходимо увеличить количество циклов зарядки до 1200.
- Во-вторых, ещё не проверена работа устройства в условиях комнатной температуры.
И чтобы поставить на рынок действительно востребованный продукт, нужно довести работу до конца.
