Специалисты из Аргоннской национальной лаборатории, а также Чикагского университета заявили о разработке трех вольтовых катодов высокой эффективности для найтрий-ионных аккумуляторных батарей.
Эти V205 системы состоят из двух слоев и обладают теоретической мощностью в 250 мА∙ч/г, энергетической плотностью ~760 Вт∙ч/кг и мощностью 1 200 Вт/кг. Они также способны выдерживать значительное число высокоскоростных циклов перезарядки и могут эксплуатироваться при нормальной комнатной температуре.
Перезаряжаемые аккумуляторные системы содержат отличные от ионов лития транспортные ионы, и потому могут стать стоящей альтернативой традиционно использующихся литий-ионные аккумуляторы. Более того, внедрение новых технологий позволило бы существенно расширить современный рынок аккумуляторный батарей, базирующийся в настоящее время на литий-ионной технологии. Использование ионно-натриевых батарей всегда было привлекательной идеей для ученых и коммерческих компаний, ведь стоимость натриевого сырья в тридцать раз дешевле литиевого. Производственный процесс сырья, в свою очередь, в обоих случаях подразумевает нагревание солей и последующий расплав при температуре шестьсот-семьсот градусов Цельсия. Следует также отметить, что хлорид лития обычно смешивают с еще более дорогих хлоридом калия для понижения температуры плавления состава. Вместе с тем, для достижения аналогичного эффекта хлорид натрия смешивают с хлоридом кальция, который гораздо дешевле самого натриевого хлорида. Однако экономическая выгода – не главное преимущество аккумуляторных батарей на основе натрий-ионной технологии.
Электростатическое притяжение, возникающее в электрохимичиски измененных слоях оксида ванадия, является причиной создания сильной движущей силы для Na+ ионов натрия.
Одним их основных минералов натрия является хлорид натрия – не что иное, как обычная поваренная соль, которую в наше время дефицитной уж никак не назовешь. В свою очередь активно используемый в аккумуляторах литий вырабатывается главным образом в виде литий-алюминиевых силикатов, представляющих собой подобие литиевой глины. Она может существовать в двух формах – твердой (альфа) и мягкой (бета). Наибольшую способность к различного рода химическим реакциям проявляет литиевая глина второго типа. В природе литиевая глина представлена главным образом в твердом виде, поэтому при подготовке сырья приходится подвергать ее температурам свыше тысячи градусов Цельсия для получения глины второго типа, что требует значительного расхода энергии. После этого она подвергается воздействию горячей серной кислоты, что позволяет в результате получать сульфат натрия, экстрагируемый водой. Получившийся состав обрабатывают содой для осаждения карбоната лития, которые не способен растворятся в воде при нормальных условиях. Последним штрихом производственного процесса является обработка осадка раствором соляной кислоты, что позволяет получить хлорид натрия с выделением углекислого газа. Такая сложность изготовления аккумуляторных батарей, в конечном счете сказывается на потребителе в виде их неоправданно высокой стоимости.
На фоне сложности процесса изготовления литий-ионного сырья, натрий выглядит совсем уж простодушно. Вместе с тем, до сих пор натрий-ионные аккумуляторные батареи не получили признания, и на это есть веские причины. Чаще всего происходило так, что либо температуры работы таких аккумуляторов начинались с шестидесяти пяти градусов, что неприемлемо для бытового использования и с праведливодля натрий-серных аккумуляторных батарей, либо емкость и выносливость натрий-ионных аккумуляторов не выдерживалась на требуемом уровне. Кроме того, представленные образцы имели крайне низкую устойчивость к цикличной зарядке и разрядке.
Тщательно изучив теоретические аспекты и недостатки найтрий-ионной технологии, исследователи начали работу над созданием аккумуляторной батареи нового типа, которая бы обладала выдающимися электрическими характеристиками и была способна эффективно работать при комнатной температуре, а также опережала по всем показателям литий-ионные аккумуляторные батареи.
Следует также отметить, что соли натрия, коей и является его хлорид, абсолютно нетоксичны, чего нельзя сказать о солях лития. Более того, распространение натрия по планете характеризуется как равномерное, в то время как литиевые минералы сконцентрированы в отдельных районах, как например, в Афганистане в виде солей. Считается, что афганское месторождения солей в высоких концентрациях содержит хлорид лития, однако точных сведений по этому поводу до сих пор нет. Безопасность при производстве и эксплуатации делает натрий идеальным элементом для использования в аккумуляторных батареях.
В новой работе учеными была предпринята добиться интеркаляции натрия с использованием наноразмерных материалов, состоящих из двумерных слоев, расстояние между которыми можно изменять в широких пределах. В качестве опытного материала выбрали оксид ванадия, наноструктуры которого создают путем электрохимического осаждения. Проведенное в дальнейшем изучение опыной системы на синхротроне ясно указывает на то, что интеркаляция натрия, происходящая между слоями оксида ванадия, вызывает появление как дальнего так и ближнего порядка. В то же время выход ионов натрия становится причиной потери дальнего порядка при одновременном сохранении ближнего. Опираясь на полученные результаты, ученые заявили теоретически обратимую емкость системы в 250 мА∙ч/г, достижимую с использованием высокого упорядоченного наноматериала. {odnaknopka}
Комментарии
RSS лента комментариев этой записи