Литиевые батареи, которые питают электронные устройства и электромобили, имеют ряд недостатков. Электролит-среда, которая позволяет электронам и положительным зарядам перемещаться между электродами, это горючая жидкость. Более того, литий-это ограниченный ресурс, который стал центром внимания крупных геополитических проблем. Специалисты по кристаллографии Женевского университета (UNIGE) разработали негорючий твердый электролит, работающий при комнатной температуре. Он транспортирует натрий, который встречается повсюду на Земле, вместо лития. Это выигрышная комбинация, которая также означает, что можно производить батареи, кой являются более мощными.
Свойства этих идеальных батарей основывались бы на кристаллической структуре электролита-гидро бората, состоящего из бора и водорода. Исследовательская группа UNIGE опубликовала исследование в журнале Cell Reports содержит стратегию производства твердых электролитов, предназначенную для разработчиков батарей. Проблема накопления энергии является колоссальной для инициатив в области устойчивого развития. Действительно, развитие электромобилей, которые не выделяют парниковых газов, зависит от наличия мощных, безопасных батарей, точно так же, как развитие возобновляемых источников энергии, включая солнечную и ветровую, зависит от мощностей по хранению энергии. Литиевые батареи-это современный ответ на эти вызовы. К сожалению, литий требует жидких электролитов, которые очень взрывоопасны в случае утечки.
Более того, литий встречается не везде на земле, и это создает геополитические проблемы, подобные тем, которые окружают нефть. Натрий является хорошим кандидатом на его замену, потому что он имеет химические и физические свойства, близкие к литию, и встречается повсюду, утверждает Fabrizio Murgia, аспирант факультета естественных наук UNIGE.
Слишком высокая температура
Два элемента—натрий и литий—находятся рядом друг с другом в периодической таблице. Проблема в том, что натрий тяжелее, чем его двоюродный брат литий. Это означает, что ему трудно передвигаться в электролите батареи. Соответственно, возникает необходимость в разработке электролитов, способных транспортировать катионы, такие как натрий. В 2013 и 2014 годах японские и американские исследовательские группы определили гидробионты как хорошие проводники натрия при температуре более 120 C. На первый взгляд, это чрезмерная температура для повседневного использования батарей, но окажется находкой для Женевской лаборатории.
Имея многолетний опыт работы с гидробионтами, используемыми в таких областях, как хранение водорода, Женевские кристаллографы приступили к работе по снижению температуры проводимости. Мы получили очень хорошие результаты с отличными свойствами, совместимыми с батареями. Нам удалось использовать гидробионты в качестве электролита от комнатной температуры до 250 градусов Цельсия без каких-либо проблем с безопасностью. Более того, они сопротивляются более высоким разницами потенциалов, а это означает, что батареи могут накапливать больше энергии.
Решение
Кристаллография, наука, расположенная между минералогией, физикой и химией, используется для анализа и понимания структуры химических веществ и прогнозирования их свойств. С помощью кристаллографии можно проектировать материалы. Именно этот кристаллографический подход был использован для реализации производственных стратегий, опубликованных тремя Женевскими исследователями.
Структура гидробионтов позволяет образовывать сферы бора и отрицательно заряженного водорода. Эти сферические пространства оставляют достаточно места для прохождения положительно заряженных ионов натрия.
Тем не менее, поскольку отрицательные и положительные заряды притягиваются друг к другу, нам нужно было создать беспорядок в структуре, чтобы нарушить гидробионты и позволить натрию двигаться.
