Новый тип щелочно-хлорных батарей содержит в шесть раз больше электроэнергии, чем литий-ионные батареи, используемые сегодня

Международная группа исследователей под руководством учёных из Стэнфордского университета разработала аккумуляторные батареи, которые могут хранить в шесть раз больше энергии, чем те, которые используются в настоящее время. Этот прогресс может приблизить разработчиков электрических батарей к заветному рубежу - созданию аккумуляторов для мобильных телефонов, заряжаемых не чаще, чем раз в неделю и батарей для электромобилей, которые способны путешествовать без подзарядки на расстояния в шесть раз дальше.

Новые щелочно-хлорные батареи, разработанные группой исследователей во главе с профессором химии Стэнфордского университета Хунцзе Даем и докторантом Гуаньчжоу Чжу, основаны на возвратно-поступательном химическом преобразовании хлорида натрия (Na/Cl₂) или хлорид лития (Li/Cl₂) до хлора.

Когда электроны перемещаются от одной стороны перезаряжаемой батареи к другой, перезарядка возвращает химический состав обратно в исходное состояние, ожидая следующего использования.

Причина, по которой никто еще не создал высокопроизводительные перезаряжаемые натрий-хлорные или литий-хлорные батареи, заключается в том, что хлор слишком реактивен и его сложно преобразовать обратно в хлорид с высокой эффективностью. В тех немногих случаях, когда кому-то удавалось достичь определенной степени перезаряжаемости, производительность батареи оказывалась низкой.

Фактически, Дай и Чжу вообще не намеревались создать перезаряжаемые натриевые и литий-хлорные батареи, а просто усовершенствовали существующие технологии батарей с использованием тионилхлорида. Это химическое вещество является одним из основных ингредиентов литий-тионилхлоридных батарей, которые являются популярным типом одноразовых батарей, впервые изобретенных в 1970-х годах.

Но в одном из своих ранних экспериментов с хлором и хлоридом натрия исследователи из Стэнфорда заметили, что преобразование одного химического вещества в другое каким-то образом стабилизировалось, что привело к некоторой перезарядке. «Я не думал, что это возможно», - сказал Дай. «Нам потребовалось около года, чтобы по-настоящему понять, что происходит».

Большой прорыв произошел, когда они сформировали электрод из усовершенствованного пористого углеродного материала, полученного от соавторов – профессора Юань-Яо Ли и его ученика Хун-Чун Тай из Национального университета Чунг-Ченг Тайваня.

«Когда батарея заряжена, молекула хлора улавливается и защищается в крошечных порах углеродных наносфер», - пояснил Чжу. «Затем, когда аккумулятор разряжается, происходит преобразование хлора в NaCl, а далее можно повторить этот процесс в течение многих циклов. В настоящее время мы можем выполнять до 200 циклов перезарядки, и есть возможности для улучшения».

В результате исследователи достигли плотности энергии 1200 миллиампер-часов на грамм материала положительного электрода, в то время как ёмкость коммерческих литий-ионных аккумуляторов сегодня составляет до 200 миллиампер-часов на грамм.

На сегодняшний день разработанный рабочий прототип может быть пригоден для использования в небольшой повседневной электронике, такой как слуховые аппараты или пульты дистанционного управления. Что касается бытовой электроники или электромобилей, то остается еще много работы по проектированию конструкции батареи, увеличению плотности энергии, увеличению размера батарей и увеличению количества циклов.

Источник