Специалисты из университета Порту в Португалии и Техасского университета в Остине сообщили о создании простой электрохимической системы с электродами из двух разных металлов и электролита, состоящего из лития и натриевого стекла. Ученые ведут разработки электролита из сегнетоэлектрического стекла. Работа ведется в рамках создания аккумуляторной батареи, которая может самозаряжаться без потребления электрической энергии.
Как сообщается, новый аккумулятор сочетает в себе отрицательное сопротивление и отрицательную ёмкость в одной и той же электрохимической ячейке. В результате самоподзаряд такой системы делается без потребления электроэнергии. Это важно для тех ситуаций, когда аккумуляторы хранятся длительное время. Кроме того, разработка может увеличить суммарную мощность аккумуляторной батареи.
Планируется, что подобные аккумуляторы могут быть использованы в следующих устройствах:
- Инверторы.
- Цифровые преобразователи.
- Некоторые виды генераторов.
- Мигающие лампы.
- Электронные устройства звуковых сигналов.
- И другие приспособления, связанные с современными компьютерными устройствами.
Исследователи отмечают, что разработанный ими стеклянный электролит насыщен литием. Поэтому он может питать ионами лития оба электрода при заряде и разряде. При этом нет необходимости в наличии металлического лития. Для изготовления электродов и использованы алюминий (отрицательный) и медь (положительный).
Изменения потенциальной энергии приводят к отрицательной емкости (самозаряду) и отрицательному сопротивлению (самоциклированию). Процессы самозаряда и автоматического циклирования, как говорят исследователи, происходят при выравнивании диполей в сегнетоэлектрике из-за необходимости выравнивания уровней Ферми.
По мнению разработчиков самозаряжающиегося аккумулятора, их работа объединила в себе теоретические навыки, положенные в основу таких устройств, как конденсаторы, аккумуляторные батареи, транзисторные и фотоэлектрические элементы. Во всех них присутствуют различные материалы, которые при электрическом контакте показывают комбинированные свойства, а не свойства отдельных материалов.
Стеклянный электролит в данном случае представляет собой диэлектрик, который меняет свой состав с образованием конденсаторов. Они накапливают электрическую энергию и выравнивают уровни Ферми внутри электрохимической системы.
Разность потенциалов самозаряжающегося аккумулятора при разомкнутой цепи обуславливается потребностью выравнивания уровней Ферми. Она оценивается энергией наименее плотно удерживаемых в твердом теле электронов и также отвечает за полярность электродов. Химические реакции обуславливаются потенциальной электрической энергией, которая запасена в конденсаторах электролита.
Исследователи говорят, что их электрохимическая система по своему устройству проще, чем другие самозаряжающиеся аккумуляторы. Они также утверждают, что самоциклирование можно остановить или уменьшить. Для этого нужно не допускать скачка уровней Ферми или обеспечить отрицательное сопротивление. Это становится возможным при изготовлении отрицательного электрода из такого же материала, что положительные ионы в электролите.
В результате создается устройство, которое подзаряжается без самоциклирования и потребления энергии. То есть, увеличивается накопленная в аккумуляторе энергия. Специалисты называют этот процесс обратным естественный деградации, когда в результате электрохимических процессов система теряет накопленную энергию за счёт рассеивания тепла. Разработанный аккумулятор может существенно улучшить автономность различных устройств накопления электрической энергии.
