Экспериментальный хлорный аккумулятор удерживает в 6 раз больше заряда, чем литий-ионные
Ученые Стэнфордского университета, экспериментирующие с архитектурой одноразовых батарей, разработали новую версию, которая не только перезаряжаема, но и обладает примерно в шесть раз большей емкостью, чем современные литий-ионные решения. Прорыв связан со стабилизацией реакций летучего хлора в устройстве и может стать основой для высокопроизводительных батарей, способных питать смартфоны в течение недели.
Новая батарея описывается как хлор-щелочной металл, и основана на химии, которая впервые появилась в 1970-х годах под названием литий-тионилхлорид. Эти батареи высоко ценятся за высокую плотность энергии, но в их основе лежит высокореактивный хлор, который делает их пригодными только для одноразового для использования.
Что исследовали
В обычной перезаряжаемой батарее электроны переходят от состояния к состоянию во время разрядки, а затем возвращаются в исходную форму при перезарядке батареи. Однако в этом случае хлорид натрия или хлорид лития преобразуется в хлор, который слишком реактивен и не может быть преобразован обратно в хлорид с большой эффективностью.
Авторы нового исследования, возможно, нашли решение этой проблемы. Команда экспериментировала с хлоридом натрия и хлором, чтобы попытаться улучшить характеристики батареи, но обнаружила, что химическое вещество фактически стабилизировалось, что позволило батарее в некоторой степени перезаряжаться. Последующие исследования привели команду к разработке нового электродного материала из пористого углерода, который действует как губка.
"Молекула хлора задерживается в крошечных порах углеродных наносфер, когда батарея заряжена", - объясняют исследователи. "Затем мы можем разрядить батарею и преобразовать хлор в NaCl - поваренную соль - и повторить этот процесс в течение многих циклов. В настоящее время мы можем провести до 200 циклов, и все еще есть возможности для улучшения".
Чего добились
В ходе экспериментов команда продемонстрировала очень высокую плотность энергии для прототипа батареи: 1200 мАч на грамм электродного материала, что примерно в шесть раз больше, чем у современных литий-ионных батарей.
Команда разработчиков считает, что батарея может найти применение в слуховых аппаратах или пультах дистанционного управления, а также использоваться для питания устройств, требующих лишь редкой подзарядки, например, спутников или удаленных датчиков, которые можно заряжать от солнечной энергии. Для использования в смартфонах и электромобилях ученым необходимо увеличить размер батареи и разработать подходящую структуру, а также увеличить количество безопасных циклов ее работы.
Источник: stanford news