Хіміки зробили натрій-іонний акумулятор, що працює ніяк не гірше звичного нам літій-іонного.
Здебільшого це літій-іонні акумуляторна батареї. На сьогодні це найпопулярніший тип акумуляторних батарей. І не дивлячись на те, що незабаром нас навряд чи чекають війни за родовища літію, його ціна може зрости. А це значить, що пора подумати про більш недорогих акумуляторна батареях, в яких вживалися б інші елементи.
Головні ставки розробники роблять на найближчого родича літію за періодичною сукупності - натрію, як набагато більш поширений і недорогий метал.
Фото: Intel Free Press / Flickr.Фото: Intel Free Press / Flickr.
Більшість сучасних акумуляторна батарей для мобільних пристроїв зроблено на базі літію. Фото: Hublera / Flickr
Через що заборонено і замінити в акумуляторі літій на натрій? Вся справа в ядерних розмірах. Хоч натрій і літій вельми схожі за своїми хімічними особливостям, атом натрію набагато більше атома літію.
І це виявляється критичним для роботи акумуляторної батареї. У літієвому акумуляторі є два електроди, один з яких зроблений з вуглецю або графіту, а другий з оксиду металу, наприклад, кобальту. Переносником заряду між електродами допомагають іони літію, через що, фактично, їх називають літій-іонними акумуляторна батареями. Протягом підзарядки з метал-оксидного електрода вивільняються іони літію і рухаються до другого електроду, що зроблений з вуглецю.
Розмір атомів літію такий, що вони зможуть легко вбудовуватися всередину структури електрода. Даний процес називається Інтеркаляція, протягом якого іони металу «пруться» між ядерними шарами графіту. Протягом розрядки відбувається зворотний процес - іони літію залишають графітний електрод і повертаються в другій електрод.
Головний момент цього електрохімічного процесу - саме вбудовування іонів всередину електрода. Чим він швидше і легше проходить, тим більше можливо миттєва потужність. У разі якщо процес протікає повільно, акумулятор не зможе дати необхідний для роботи пристрою струм.
З цим саме пов'язані труднощі розробки натрій-іонного акумулятора. Вуглецевий електрод не підходить, через те, що іони Na через власного розміру дуже неохоче вбудовуються в структуру графіту. Ось через що електрохіміків шукають такі матеріали для електродів, якісь були б придатні для роботи простий електронної техніки. Так як зробити акумулятор на іони натрію можливо, і він буде працювати, цілий питання в тому, що він не буде таким дрібним, ємним і чудовим як літієвий.
А адже саме розмір і потужність - це найголовніші параметри для мобільних пристроїв. Кілька ісследователейпод керівництвом доктором наук Юн Лей (Yong Lei) з Технічного університету Ільменау в Німеччині, придумала матеріал, з якого можливо зробити електрод в натрій-іонному акумуляторі, так що він не буде поступатися літієвих по ємності і потужності.
Спершу хіміки проаналізували, якими особливостями зобов'язаний володіти матеріал електрода, щоб забезпечити ефективне використання іонів Na. Вибір припав на зв'язані ароматичні сполуки класу транс-стильбенів. Вони володіють властивістю переносити заряд, стійкі при заряджання і розрядки акумулятора і утворюють міжмолекулярні шари, між яких з легкістю може впроваджуватися натрій.
Хіміки переконалися в надійності, як прекрасно буде працювати електрод з для того щоб матеріалу і виявилося, що при середній щільності струму в 1 А / г ємність складе 160 мАг / г, що нічим не поступається літій-іонним акумуляторна батареям. Батарея крім цього добре впоралася з перевіркою на витривалість, зберігши 70% ємності після закінчення 400 циклів зарядки-розрядки. І не дивлячись на те, що до комерційної реалізації проекту ще далеко, результати показують, що натрій-іонні акумуляторна батареї в повній мірі є в праві на долю і зможуть в принципі замінити звичні вже Li-ion батареї.
Фото: Intel Free Press / Flickr / Hublera / Flickr
За даними Phys.org.
Творець: Максим Абаєв