С увеличением потребности в более ёмких и стабильных источниках питания возрастает и требование к ресурсам, необходимым для производства таких устройств. Долгое время разработка аккумуляторов сводилась в основном к поиску идеальных электродов. Однако по мере усложнения используемых электролитов, включающих различные растворители и анионы, стало очевидно, что прежних представлений о процессах, происходящих в накопителях энергии, недостаточно.
Совсем недавно группа учёных из Аргоннской национальной лаборатории Министерства энергетики США представила результат, который обещает кардинально изменить представление о батареях. Это открытие стало настоящим сюрпризом даже для самих исследователей.
«Особенно удивительно было то, что мы не ожидали такого результата», — признаётся Джастин Коннелл, материаловед и соавтор исследования.
Ученые нашли неожиданное поведение компонентов в электролитах цинковых аккумуляторов, которые разрабатываются как альтернатива литиевым. Оказалось, что сочетание двух различных типов анионов с катионами может существенно улучшить производительность батарей. Как объясняет учёный, идея заключается в том, что «один анион может подтягивать второй катион». Это открытие открывает новые горизонты для разработки аккумуляторов с точно заданными рабочими характеристиками.
Основное внимание в исследовании было уделено мультивалентным батареям — устройствам нового поколения, которые обещают стать альтернативой традиционным литий-ионным аккумуляторам. Эти батареи используют катионы цинка, магния и кальция, чьи заряды в два раза больше, чем у лития, что позволяет таким аккумуляторам хранить и выделять больше энергии.
Тем не менее, мультивалентные батареи требуют дальнейшей оптимизации, особенно в плане износа электродных материалов, что напрямую влияет на эффективность и срок службы устройства. Для высокопроизводительной и долговечной батареи важно, чтобы она могла выдерживать тысячи циклов зарядки и разрядки. Однако при этом электролиты часто не могут эффективно проводить катионы, что снижает способность батарей генерировать и хранить энергию.
Удивительное открытие состояло в том, что взаимодействие между различными типами анионов решает эту проблему. Исследования показали, что присутствие анионов с низкой притягательной силой снижает потребности в энергии для извлечения цинка из раствора, тогда как сильнопритягивающие анионы уменьшают энергетические затраты на возвращение цинка в раствор. Это открытие позволяет оптимизировать процессы зарядки и разрядки, снижая энергозатраты на управление этими процессами.
«Наши наблюдения подчёркивают важность использования различных анионных смесей для точной настройки их взаимодействия с катионами, — заключает Коннелл. — В будущем мы хотим научиться выбирать оптимальные комбинации ионов, чтобы максимизировать производительность батарей».
Значимость этого открытия заключается в том, что оно не является случайностью, а представляет собой новый подход к разработке электролитов для современных аккумуляторов. С помощью более точного контроля ионных взаимодействий разработчики смогут улучшить транспорт катионов, повысить стабильность и активность электродов и обеспечить более быстрое и эффективное производство и хранение энергии.
Нужно оборудование?
Звоните: 8 (800) 777-23-97
Точных Вам измерений!