Ученые из PNNL (Pacific Northwest National Laboratory – Тихоокеанская
Северо-Западная Национальная Лаборатория) решили крайне важную задачу
современной прикладной науки – повышение емкости электрохимических источников
питания на базе никель-натрий-хлорида. Самое любопытное в новой батарее то,
что для повышения емкости ученым пришлось сделать батарею плоской. Вместо
привычной цилиндрической формы новая батарея имеет форму, больше похожую на компакт-диск.
Кроме всего прочего, новые батареи обещают стать гораздо дешевле, особенно с
учетом их резко повышенной емкости.
Новые плоские никель-натрий-хлоридные батареи отличаются
завидными характеристиками, по крайней мере, так заявляют авторы, ведущие свою
работу под эгидой Министерства энергетики США. Новая конструкция
электрохимического источника тока обеспечивает на 30% больше мощности при
низких температурах, чем сопоставимые по мощности литий-ионные батареи. Кроме
того, у этих батарей неконтролируемое выделение теплоты, от которого страдают
литиевые аккумуляторы – вспомните случаи самовозгорания таких батарей.
Новые батареи изготавливаются из недорогих и легкодоступных
материалов, дефицита на которые пока не предвидится. В частности, в конструкции
этих батарей используется глинозем (оксид алюминия), хлорид натрия (почти обычная поваренная соль по составу) и никель. Есть, однако, одна тонкость – в
электролите используется не обычный натрий, а его особая разновидность – так
называемый бета-натрий.
Исследование электрохимических батарей на основе бета-натрий-глинозема
ведется еще с 60х годов прошлого века. Тем не менее, их традиционная
цилиндрическая форма не позволяла обеспечить эффективное преобразование
химической энергии в электрическую с нужной скоростью. Увеличение температуры снижает
внутреннее сопротивление батареи, но при этом снижается экономическая эффективность (из-за введения дополнительных нагревательных элементов) и ее
срок службы. Все эти проблемы привели к тому, что сейчас в большинстве
электронных устройств используются именно литиевые батареи.
Несмотря ни на что, исследователям из PNNL удалось справиться с техническими и
стоимостными проблемами за счет новой конструкции. Ученые обнаружили, что
плоская конструкция позволяет уменьшить толщину катода и увеличить рабочую
площадь при сохранении общего объема батареи. Поскольку ионы могут перемещаться
на большей площади, а траектория их перемещения становится гораздо короче, внутреннее
сопротивление батареи значительно снижается. Кроме того, новая конструкция
включает в себя слой твердого электролита, что помогает еще больше снизить
внутреннее сопротивление.
Снижение внутреннего сопротивления батареи обеспечило
улучшенную работоспособность новых элементов питания при низких температурах, а
полезное выделение электрической энергии оказалось на 30% выше, чем у
цилиндрических батарей такого же объема.
Еще одно достоинство новой конструкции батареи заключается том,
что отдельные плоские элементы легко объединить в блоки для создания более
компактных аккумуляторов. Разработчики уверяют, что плоские батареи хорошо подходят
для хранения энергии в больших объемах, например, на подстанциях для
балансировки генерации и передачи энергии солнца и ветра.
Как заявил один из соавторов изобретения Лу Сяо Чуань (Xiaochuan
Lu): «Наша цель – получить более безопасные и более доступные батареи для
рынка хранения энергии. Новая разработка в технологии изготовления батарей приближает
нас к этой цели еще на один шаг». Статья с описанием новой технологии изготовления
плоских бета-натрий-глиноземных аккумуляторов опубликована в выпуске журнала ECS Transactions за 8 октября.
По материалам сайта GizMag.
|
