Нанокристаллы из "золота дураков" - дешевая и доступная альтернатива литию в аккумуляторных батареях

Авторы и источники / Правообладателям

Нанокристаллы пирита

Работа аккумуляторной батареи

Поскольку количество энергии, вырабатываемой ветряными и солнечными электростанциями, увеличивается достаточно большими темпами, требуется все большее количество промежуточных устройств, которые могут аккумулировать избытки энергии, отдавая их в моменты пикового потребления. В связи с увеличением количества таких промежуточных аккумуляторов, с увеличением количества электрических автомобилей и портативных электронных устройств, материалы, которые используются в высокоэффективных аккумуляторах, становятся дефицитными и постоянно увеличиваются в цене. Недавно исследователи из Швейцарского федерального технологического института (Swiss Federal Institute of Technology, ETH) в Цюрихе закончили создание аккумуляторной батареи нового типа, в конструкции которой использованы лишь недорогие материалы, входящие в десятку самых распространенных материалов на Земле.

В опытном образце новой батареи используются нанокристаллы из сульфида железа, пирита или как его еще называют из-за золотистого цвета, "золота дураков". Из этих нанокристаллов состоит катод аккумуляторной батареи, в качестве электролита используется раствор одной из солей натрия, а анод батареи изготовлен из магния. Пирит, на который приходится основная масса материала аккумуляторной батареи, достаточно просто получается путем смешивания порошка серы с порошком железа, а килограмм магния в 15 раз более дешев, нежели чем сопоставимое количество лития, требующегося для традиционных литий-ионных аккумуляторных батарей. Кроме этого, железо, магний, натрий и сера занимают 4-е, 6-е, 7-е и 15-е место по их распространенности на Земле. Также в конструкции новой батареи может быть использована алюминиевая фольга, в то время, как в литий-ионных аккумуляторах используется фольга из более дефицитной и дорогой меди.

Когда батарея нового типа отдает накопленный в ней заряд, ионы натрия, растворенные в электролите, перемещаются в область катода, где они и накапливаются. Когда батарея перезаряжается, пирит выпускает накопленные ионы натрия назад в электролит. Проверка работоспособности этого процесса уже была произведена в лабораторных условиях и аккумуляторная батарея не продемонстрировала ухудшения емкости и других параметров после 40 циклов заряда-разрядки.

К сожалению, емкость батареи на основе сульфида железа немного ниже емкости сопоставимых по габаритам литий-ионных аккумуляторов. Тем не менее, невысокая стоимость материалов и масштабируемая структура этого устройства позволит создавать аккумуляторные батареи любых размеров и любой емкости. Швейцарские ученые даже допускают возможность создания аккумуляторной батареи, способной сохранить энергию в количестве, которое вырабатывает атомная станция за целый год своей работы.

"Полный потенциал батарей нового типа нам еще неизвестен" - рассказывает доктор и профессор Максим Коваленко (Prof. Dr. Maksym Kovalenko), - "В ближайшее время мы займемся оптимизацией состава электролита, что позволит увеличить рабочее напряжение одной ячейки батареи. Кроме этого, мы будем добиваться увеличения срока службы новых аккумуляторов, которые по этому показателю смогут превзойти аккумуляторы других типов".

А в настоящее время исследователи из Цюриха производят поиск инвесторов и партнеров, при помощи которых технология сульфид-железных аккумуляторов может быть доведена до уровня их практического применения.

Источник: DailyTechInfo.