Генерация и накопление энергии: новости за неделю

Исследователи из Гонконгского университета науки и технологий разработали эффективный водородный топливный элемент на основе платины и железа. Он не только самый долговечный на сегодняшний день, но и самый дешевый. Для его производства требуется на 80% меньше платины. Гибридный катализатор представляет собой смесь из атомарно диспергированной платины, отдельных атомов железа и наночастиц обоих металлов: такой состав достигает в 3,7 раза большей каталитической активности, чем чистая платина. Несмотря на низкое содержание драгоценного металла, новый гибридный катализатор сохраняет активность платины на уровне 97% после стресс-теста, включающего 100 000 циклов зарядки. Обычно этот показатель снижается на 50% уже после 30 000 циклов.

Ливерморская национальная лаборатория разрабатывает технологию лазерной 3D-печати катодов для высокоемких литиевых аккумуляторов. Сегодня катоды изготавливаются методом литья и в процессе нанесения покрытий. Рабочее вещество растворяется, наносится на электроды и в формы, а затем долго сушится. Это дорого, неэффективно и не позволяет создавать структуры выше определенной толщины, что задерживает появление быстро заряжающихся аккумуляторов и вредит наращиванию плотности энергии аккумуляторами. 3D-печать — экологически безопасный процесс, позволяющий обрабатывать толстые высокоемкие трехмерные катодные структуры. Благодаря этому литий-ионные батареи будут быстрее заряжаться — на 80% за 15 минут или даже быстрее.

Инженеры из Калифорнийского университета придумали литий-ионные аккумуляторы, которые хорошо работают при экстремальной жаре и критично низких температурах. В ходе испытаний батареи сохранили 87,5% и 115,9% своей энергетической емкости при температуре –40 и 50°C. У них был высокий КПД при этих же температурах — 98,2% и 98,7% соответственно. Батареи устойчивы к холоду и к теплу благодаря электролиту из жидкого раствора дибутилового эфира, смешанного с солью лития. Молекулы электролита легко высвобождают ионы лития во время работы батареи. Это слабое молекулярное взаимодействие улучшает производительность батареи при минусовых температурах. Кроме того, дибутиловый эфир может легко поглощать тепло, потому что остается жидким при высоких температурах: его температура кипения составляет — 141 °C.

Российские исследователи из Сколтеха вместе с коллегами из МГУ представили NiBTA — новый перспективный анодный материал, представляющий из себя координационный полимер на основе никеля и тетрааминобензола. Недавно обнаруженный материал NiBTA может использоваться для создания аккумуляторов нового поколения с быстрой зарядкой. Правда, пока до конца не ясны все нюансы его работы, но российским ученым удалось детально отследить и описать структурные изменения и окислительно-восстановительную химию нового координационного полимера. Это значительный шаг вперед. 

Стартап TyFast рассказывает об аккумуляторах с ванадиевым анодом, с подзарядкой за 3 минуты, в 20 раз быстрее, чем литий-ионные батареи. Tyfast применяет анод из оксида лития-ванадия — материала с трехмерной кристаллической структурой. Ионы проходят через кристаллы сразу в трех измерениях, демонстрируя более быстрый и эффективный перенос, чем это происходит при использовании графита.

В Азиатско-Тихоокеанском университете Рицумейкан (Япония) предложили новый подход к переработке использованных батарей — с помощью микроволнового излучения, обеспечивающего быстрый нагрев и меньшее потребление энергии по сравнению с печами. Так, можно извлечь до 97% оксида марганца и цинка из щелочных батарей. Эта скорость регенерации в 1,5 раза выше, чем при обычном нагреве, но занимает вдвое меньше времени. Масштабное применение этой системы может снизить годовое потребление энергии во всей Японии на 26 500 ГДж в год.