Новые материалы для прочных и недорогих батарей

Новые материалы для проводников и электродов - это путь к недорогим батареям и, следовательно, к крупномасштабному хранению возобновляемых источников энергии.

Развитие энергетики зависит от технологий, которые позволяют создавать недорогие аккумуляторы электроэнергии из возобновляемых источников. Новым перспективным кандидатом является алюминиевая батарея, изготовленная из дешевых и доступных материалов.

Ученые из Швейцарской высшей технической школы Цюриха и Швейцарской федеральной исследовательской  лаборатории по тестированию материалов - во главе с профессором Максимом Коваленко - исследуют и разрабатывают такие батареи. Исследователи нашлили два новых материала, которые могут привести к ключевым достижениям в разработке алюминиевых батарей. Первый - коррозионно-стойкий материал для проводящих частей батареи; второй - новый материал для положительного полюса батареи, который может быть адаптирован к широкому спектру технических требований.

Агрессивная жидкость для электролита

Поскольку жидкость электролита в алюминиевых батареях чрезвычайно агрессивна и вызывает коррозию у нержавеющей стали и даже у золота и платины, ученые ищут коррозионно-стойкие материалы для проводящих частей этих батарей. Коваленко и его коллеги нашли то, что они ищут в нитриде титана, керамическом материале, который обладает достаточно высокой проводимостью. «Это соединение состоит из достсточно распространенных элементов - титана и азота, и его легко изготовить», - объясняет Коваленко.

Ученые успешно изготовили алюминиевые батареи с проводящими частями из нитрида титана в лаборатории. Материал может быть легко изготовлен в виде тонких пленок, также как покрытие на других материалах, например полимерные пленки. Коваленко полагает, что можно будет изготовить проводники из обычного металла и покрыть их нитридом титана или даже напечатать проводящие нитридные нити титана на пластике. «Потенциальные применения нитрида титана не ограничиваются алюминиевыми батареями. Материал можно также использовать в других типах батарей, например, на основе магния или натрия или в высоковольтных литий-ионных батареях», - говорит Коваленко.

Альтернатива графиту

Второй новый материал относится к положительному электроду (полюсу) алюминиевых батарей. В то время как отрицательный электрод в этих батареях выполнен из алюминия, положительный электрод обычно выполнен из графита. Коваленко и его команда нашли новый материал, который конкурирует с графитом с точки зрения количества энергии, которую батарея может хранить. Данный материал представляет собой полипирен, углеводород с цепной (полимерной) молекулярной структурой. В экспериментах образцы материала оказались идеальными. «Между молекулярными цепочками остается много места, что позволяет легко проникать относительно большим ионам электролитической жидкости и легко заряжать электродный материал», - объясняет Коваленко.

Одним из преимуществ электродов, содержащих полипирен, является то, что ученые могут влиять на их свойства, например пористость. Поэтому материал может быть идеально приспособлен к конкретному применению. «Напротив, используемый в настоящее время графит - это минерал. С точки зрения химической инженерии его нельзя модифицировать», - говорит Коваленко.

Поскольку нитрид титана и полипирен являются гибкими материалами, исследователи полагают, что они пригодны для использования в «мешочных ячейках» (батареи, заключенные в гибкую пленку).

Батареи для ВИЭ

На сегодняшний день количество электроэнергии вырабатываемой из солнечной и ветровой энергии постоянно увеличивается. Однако, поскольку электричество необходимо, даже когда солнце не светит, и ветер не дует, человеку требуются новые технологии, такие как новые типы батарей, чтобы сохранять электроэнергию. Хотя существующие литий-ионные батареи идеально подходят для электромобилей из-за их небольшого веса, но они довольно дороги и поэтому непригодны для экономически выгодного крупномасштабного стационарного хранения энергии.

Кроме того, литий является относительно редким металлом и его трудно добывать - в отличие от алюминия, магния или натрия. Таким образом, батареи, основанные на одном из последних трех элементов, являются перспективным вариантом для стационарного хранения энергии в будущем. Однако такие батареи все еще находятся на стадии разработки и еще не поступили в массовое производство.опубликовано econet.ru  Если у вас возникли вопросы по этой теме, задайте их специалистам и читателям нашего проекта здесь.

P.S. И помните, всего лишь изменяя свое потребление - мы вместе изменяем мир! © econet