Популярні Пости

Вибір Редакції - 2019

Батареї майбутнього: Недорогий акумулятор з відпрацьованого графіту

Anonim

Літієві іонні акумулятори легкозаймисті, і ціна сировини зростає. Чи існують альтернативи? Так: дослідники Empa і ETH Zürich виявили багатообіцяючі підходи щодо того, як ми можемо виготовити акумулятори з відпрацьованого графіту та металобрухту.

реклама


Костянтин Кравчик працює у групі Максима Коваленка. Ця дослідницька група заснована як на ETH Цюріху, так і в лабораторії Empa для тонких плівок та фотоелектрики. Амбітні цілі двох дослідників у філії Empa - зробити батарею найпоширенішими елементами земної кори - такими як магній або алюміній. Ці метали пропонують високий ступінь безпеки, навіть якщо анод виготовлений з чистого металу. Це також дає можливість збирати батареї дуже простим та недорогим способом і швидко піднімати продукцію.

Для того, щоб такі батареї працювали, рідкий електроліт повинен складатися з спеціальних іонів, які не кристалізуються при кімнатній температурі - тобто утворюють вид розплаву. Іони металів рухаються вперед і назад між катодом і анодом у цьому "холодному розплаві", укладеному в товсту мантію хлоридних іонів. Крім того, можна використовувати великі, але легкі органічні аніони, які не містять металів. Однак це виникає з проблемою: де саме ці "товсті" іони повинні йти, коли заряджається акумулятор? Що може бути матеріал, відповідний катоду? Для порівняння: у літій-іонних батареях катод виготовлений з оксиду металу, який може легко поглинати малі катіони літію під час зарядки. Однак це не спрацьовує для таких великих іонів. Крім того, ці великі аніони мають протилежний заряд катіонів літію.

Акумулятор повернувся "вниз"

Щоб вирішити цю проблему, команда Коваленко мала фокус на рукавах: дослідники повернули принцип дії літій-іонної батареї вниз вниз. У звичайних літій-іонних батареях анод (негативний полюс) зроблений з графіту, шари якого (у зарядженому стані) містять іони літію. У батареї Коваленко, навпаки, графіт використовується як катод (позитивний полюс). Товсті аніони осідають посередині графенових шарів. У батареї Коваленко анод виконаний з металу.

Кравчик зробив чудове відкриття під час пошуку "правильного" графіту: він виявив, що відпрацьований графіт, вироблений сталевим виробництвом, називається "кишковий графіт", робить великий катодний матеріал. Натуральний графіт також працює на рівній мірі - якщо він поставляється в грубі пластівці і не наносять занадто тонко або в складені, не-хлопчаті форми. Причина: графітові шари відкриті на краях пластівців, а товсті аніони, таким чином, здатні легше ковзати в структуру. Тим не менш, тонкий графіт, який звичайно використовується в літій-іонних батареях, погано підходить для батареї Коваленко: шляхом шліфування частинок графіту, шари стають складеними, як м'який папір. Тільки малі іони літію здатні проникнути в цей зім'ятий графіт, а не товсті аніони нового акумулятора.

Графітовий катодний акумулятор, виготовлений з виробництва сталі "кишковий графіт" або сировини, натуральні графітові пластівці, має потенціал для отримання високої рентабельності. І якщо в перших експериментах є щось для чого, то це також тривале. Протягом декількох місяців лабораторна система вижила тисячі циклів заряджання та розрядки. "Акумулятор хлористого алюмінію - графітовий катод може тривати десятки років у повсякденному побутовому обладнанні", - пояснює Кравчик та аналогічні демонстрації, але ще більше підвищує напругу акумуляторів, не створюючи жодних негативних впливів, а навіть ще більш легкі елементи будуть на шляху подальшого збільшення у щільності енергії від струму від 60 Вт-кг до вище 150 Вт кг-1 "

реклама



Джерело історії:

Матеріали, надані Швейцарськими Федеральними Лабораторіями з Матеріалознавства та Технології (EMPA) . Примітка. Зміст можна редагувати за стилем та довжиною.


Довідка з журналу :

  1. Шутао Ванг, Костянтин В. Кравчик, Френк Крумич, Коваленко Максим Володимирович. Кіш-графітові пластівці як катодний матеріал для алюмінієвого хлоридно-графітового акумулятора . ACS Applied Materials & Interfaces, 2017; 9 (34): 28478 DOI: 10.1021 / acsami.7b07499