Натриево-калиевый расплав находится в потоковых аккумуляторах при комнатной температуре, позволяя получить устройства с высоким рабочим напряжением. Источник: Antonio Baclig
Как мы знаем, в последние годы бурно развивается сектор возобновляемой энергетики, и поэтому постоянно требуются дополнительные мощности для хранения, дешёвые и ёмкие, выдерживающие много циклов перезарядки и способные оперативно и эффективно отдавать энергию обратно в сеть. Исследователи из Стэнфордского университета считают, что могут решить эту проблему с помощью нового применения нескольких широко распространённых материалов.
Потоковые аккумуляторы известны относительно давно и не раз рассматривались как кандидат для создания хранилищ большой ёмкости, но использующиеся в них электролиты либо имеют ограничения по напряжению, либо требуют высокой температуры для поддержания в жидком состоянии, либо и вовсе представляют собой очень дорогие или крайне токсичные компоненты.
Однако доцент Стэнфорда Уильям Чуи совместно со своими аспирантами Антонио Баклигом и Джейсоном Раголо разработал для «катодного» потока сплав натрия с калием, который остаётся в жидкой фазе при комнатной температуре, и теоретически даёт возможность запасать энергии в 10 раз больше на грамм массы, чем любой другой электролит.
«Конечно, предстоит ещё многое сделать», — говорит Баклиг — «Но мы надеемся, что благодаря этому проекту люди будут чаще отдавать предпочтение солнечным панелям и ветрякам, поскольку они получат аккумулятор на базе элементов, присутствующих в земной коре в изобилии».
Разделяем стороны
Также в процессе экспериментов была разработана керамическая мембрана из натрия и оксида алюминия, которая не мешает ионному обмену между «электродами» и при этом вполне надёжно разделяет анодный и катодный потоки. В итоге рабочее напряжение удвоилось по сравнению с известными образцами (3.1–3.4 V против 1.5 V), а параметры прототипа оставались стабильными даже после нескольких тысяч часов тестов; кроме того, повышенное рабочее напряжение означает возможность запасти больше энергии.
«Безусловно нашу работу ещё только предстоит оценить по множеству параметров — стоимость, эффективность, количество рабочих циклов, габариты, безопасность», — объясняет Баклиг — «Тем не менее мы считаем, что по всем статьям превзойдём существующие потоковые аккумуляторы, и потому смотрим в будущее с воодушевлением».
Настоящий прогресс ещё впереди
На текущий момент команда аспирантов — Баклиг, Раголо, а также Джефф МакКонохи и Андрей Полетаев — продолжает заниматься мембраной, поскольку она недостаточно хорошо предотвращает диффузию калия в анодный поток, а это весьма критично для нормальной работы аккумулятора; кроме того, изначальная деталь лучше всего функционировала примерно при 200 градусах Цельсия, что неприемлемо. В попытке сохранить нужные свойства при комнатной температуре исследователи попробовали более тонкие варианты (?330 мкм) и добились вполне приемлемых результатов, при этом ещё и увеличилась выходная мощность; таким образом, дальнейшие опыты будут вестись в области подбора наиболее подходящей мембраны.
Также предстоит выбрать и соответствующий анодный электролит — к сожалению, смеси на водной основе быстро выводят мембрану из строя, поэтому потребуется использовать какие-то другие жидкости, чтобы ещё увеличить производительность аккумулятора.
Итоговое исследование опубликовано в статье в ScienceDirect 18 июля.
Комментарии (25)
Bedal
25.07.2018 16:11Пока что, следует из поста, работает водный поток в паре с натрий-калиевым. Разделены мембраной ?330 мкм. Презабавное сочетание, очень практичное. Ну, хоть планы на отдалённое будущее о замене воды на что-то другое — есть.
VioletGiraffe
26.07.2018 11:03А что непрактичного в воде? По-моему, на Земле нет более практичной жидкости.
alexr64
26.07.2018 11:07В воде непрактичен натрий, да и калий тоже себя интересно ведет в воде, можете посмотреть на ютубе.
Bedal
26.07.2018 11:18С натрием и калием? Если нужен пожар там или водородный взрыв — практично, конечно.
trapwalker
26.07.2018 11:37Для тех, кто не очень понял на что намекает Babel поясню популярно: Если смешать натрий или калий с водой, получится большой бабах, а вот один или ещё один пример из тысяч в ютубе по запросу натрий в воде.
А тут натрия будет много, а ещё калий, а мембрана тоненькая, треть миллиметра всего…
Helium4
26.07.2018 12:46+3И еще обратите внимание на то, что там не просто вода в анолите, а достаточно концентрированный раствор окислителя — красной кровяной соли. Реакция будет намного интереснее, чем просто с водой.
Да есть еще. Они рассматривают вариант c 1M (160г/л) водным раствором брома :) Такая комбинация и бабахнет сильней и «облегчит» спасательные работы выбросом облака весьма токсичных и запашистых паров брома.
Авторы исследований пишут про использование органических растворителей или ионных жидкостей. Понятный и логический ход, но практически сразу теряется способность работать при комнатной температуре — органику, в большинстве известных вариантов, требуется подогревать для снижения вязкости и повышения электропроводности. Еще в органике страшная засада с кинетикой электродных реакций — вроде бы и раствор делаешь достаточно концентрированный, и движение электролита есть — ан нет, ионы не успевают подойти к электроду, получаем снижение тока при разряде или побочные реакции при заряде (и снижение КПД батареи).OriSvet Автор
26.07.2018 12:47О, спасибо, я думал, что в оригинальное исследование никто не полезет копаться.
Bedal
26.07.2018 13:10+1красной кровяной соли. Реакция будет намного интереснее, чем просто с водой.
это да, кррасота.
С другой стороны, студенты так учатся думать — хорошо же? Великолепно. Но для этого нужны деньги aka гранты. А гранты без громких глупостей плохо дают. В общем, c'est la vie.
k12th
25.07.2018 17:49А как это работает? Батарея дает ток только когда жидкости находятся в движении? А в чем тогда смысл?
Bedal
26.07.2018 12:44+2смысл в том, что ёмкость можно увеличивать до солидных промышленных величин простым увеличением объёма. Размер же мембраны определяет мощность. Для автомобилей может иметь тот смысл, что разряженную «батарею» заменить на заряженную можно, просто слив старую жидкость и залив новую. Скорость зарядки получается практически равна скорости заправки. А жидкости потом будут потихоньку рекомбинировать на заправке.
Но это не относится к упомянутом в посте варианту. Сплав Na и K в автомобиле… лучше уж водород при 2000атм. Тоже бомба, но, наверно, даже менее рискованная.
Ivanii
25.07.2018 18:294 банки — 2 с заряженными электролитами 2 с разряженными, можно заряжать, можно менять банки.
adictive_max
26.07.2018 09:50бурно развивается сектор возобновляемой энергетики, и поэтому постоянно требуются дополнительные мощности для хранения,
теоретически даёт возможность запасать энергии в 10 раз больше на грамм массы, чем любой другой электролит
ИМХО, для озвученной цели мало значимо, сколько запасается энергии на килограмм или на кубометр, помещение под хранилище в любом случае будет стоить относительно недорого. Главное — это какая получается ёмкость на доллар стоимости владения.
trapwalker
26.07.2018 11:45помещение под хранилище в любом случае будет стоить относительно недорого
Это как сказать… Скажем пол кубометра калия в кубометре воды, разделенные тоненькой мембраной… я бы такое под землю прятал глубоко и тщательно.
dMac
26.07.2018 10:54+1/humor mode on/
Да ладно, все у них получится. Раз за дело взялся доцент Чуи — точно доведут до практики. Лишь бы Соло ничего не испортил
/humor mode off/
excentrisitet
26.07.2018 15:31+1Словосочетание «потоковые аккумуляторы» у меня тут же вызывают ассоциативную цепочку с Марти Макфлаем, Доктором Эмметом Брауном и его гениальным изобретением — Потоковым накопителем! :D
quwy
27.07.2018 01:39О, на этой неделе еще не было ни одного прорыва в аккумуляторостроении, с почином! :)
adeptoleg
неужели за столько лет наконец то будет хоть какой то прорыв в єтой области?
Silvatis
да ну. В лабораториях вполне себе работают и спанж — батарейки или из нанотрубок… и чего только нет. Но у всех есть вот это вот «Настоящий прогресс ещё впереди»
Одна прекрасно заводится, но надо решить
уже 10 лет как«мелкую» проблему роста поперечных трубок у другой — всего то снизить температуру работы до комнатной, третья имеет всего 500 циклов перезарядки.Scratch
500 кстати не так уж и мало, многие современные литиевые аккумуляторы меньше имеют и всех устраивает
jaiprakash
Идее, описанной в статье тыщу лет в обед. Думал, что-то сдвинулось, но нет, прогресс как был впереди, так и остался (
Diordna
Прогресс не достижим. :)