Ученые из Стэнфордского университета разработали хлорную батарею, которая не только перезаряжается, но и обеспечивает примерно в шесть раз большую емкость, чем сегодняшние литий-ионные аккумуляторы. Прорыв основан на стабилизации летучих реакций хлора внутри устройства. Однажды он может стать основой для высокопроизводительных батарей, которые будут питать, например, смартфоны в течение нескольких недель, прежде чем они разрядятся.
Новая батарея описывается как щелочно-металлическая хлорная батарея и основана на химическом составе, впервые появившемся в 70-х годах, под названием лития тионилхлорид. Эти батареи высоко ценятся за их высокую плотность энергии, но их нельзя перезаряжать. Они основаны на высокореактивном хлоре, что делает их непригодными для многократного использования.
Существенные отличия
В обычной аккумуляторной батарее электроны перемещаются из стороны в сторону во время разрядки, а затем возвращаются к своей первоначальной форме при перезарядке батареи. Однако в этом случае хлорид натрия или хлорид лития преобразуются в хлор, который слишком реакционноспособен, чтобы его можно было снова превратить в хлорид с большой эффективностью.
Авторы этого нового исследования, возможно, нашли решение этой проблемы. Команда экспериментировала с хлоридом натрия и хлором, чтобы попытаться улучшить характеристики этой батареи, но обнаружила, что химическое вещество действительно стабилизировалось. Это обеспечило некоторую подзарядку аккумулятора. Последующее исследование привело команду к разработке нового пористого углеродного электродного материала, который действует как губка, поглощая нерегулярные молекулы хлора и безопасно храня их для преобразования обратно в натрий.
Молекула хлора удерживается и защищается в крошечных порах углеродных наносфер, когда аккумулятор заряжается. Так когда аккумулятор нужно разрядить или разрядить. Мы можем разрядить батарею и преобразовать хлор в NaCl – поваренную соль – и повторить этот процесс в течение многих циклов. В настоящее время мы можем совершать циклические движения до 200 раз, и нам еще есть куда совершенствоваться. Ухоженный литий-ионный аккумулятор, так сказать, он рассчитан на 500-1000 циклов.
Гуаньчжоу ЧжуСтэнфордский университет
Хлорная батарея высокой плотности
В ходе своих экспериментов команда также продемонстрировала очень высокую плотность энергии прототипа батареи. 1.200 мАч на грамм материала электрода, примерно в шесть раз больше, чем предлагает сегодняшняя технология литий-ионных аккумуляторов.
Команда предполагает, что батарею можно будет использовать в слуховых аппаратах или пультах дистанционного управления. Он также может питать устройства, требующие лишь нечастой зарядки (спутники или удаленные датчики, которые можно заряжать солнечной энергией). Для использования в смартфонах и электромобилях ученым потребуется увеличить размер батареи и разработать подходящую структуру. Это означает, прежде всего, увеличение количества раз, которое его можно безопасно использовать.
Исследование хлорной батареи был опубликован в журнале Nature.
