Химики нашли ключ к новому типу аккумуляторов

Напряжение ячейки в вольтах (по вертикали) и удельная ёмкость катода (мАч/г) новой батареи сразу после её изготовления (I), первого разряда (II) и первого заряда (III) (иллюстрация Hee Soo Kim et al./Nature Communications).

По своему энергетическому потенциалу батареи, основанные на сочетании магния и серы, способны обойти литиевые. Но до сих пор никто не мог заставить эти два вещества дружно работать в аккумуляторной ячейке. Теперь, с некоторыми оговорками, это удалось группе специалистов в США.

Учёные из тойотовского исследовательского института в Северной Америке (TRI-NA) попытались решить главную проблему, стоящую на пути создания магниево-серных батарей (Mg/S).

По информации Green Car Congress, для задействования магния в роли анода химикам до сих пор удавалось применять только нуклеофильные электролиты (смотрите "нуклеофильные и электрофильные реагенты" в БСЭ), что исключало работу в паре с данным металлом электрофильных катодов, таких как сера. Ведь указанные электролиты сразу выводили катод из строя, вступая в ненужные реакции.

Фактически для пары Mg/S до сих пор не существовало никакого приемлемого электролита, который был бы совместим с обоими элементами. А ведь такой аккумулятор очень привлекателен, поскольку его теоретическая плотность энергии — более 4000 Вт-ч/л.

Создать подходящий ненуклеофильный электролит авторам работы удалось в реакции гексаметилдисилазид хлорида магния и трихлорида алюминия. Получились кристаллические частицы [Mg2(μ-Cl)36THF]+, способствовавшие стабилизации и активности электролита.

Учёные собрали опытную батарейку размером с монетку, применив магниевый анод, сепаратор, катод из серы, смешанной с сажей и полимерным связующим, и новый электролит. Фактически получился первый перезаряжаемый аккумулятор типа Mg/S, хотя и не слишком долговечный.

Учёные пока не решили проблему постепенного растворения серы и образования полисульфидов. Тем не менее химики считают, что наконец-то показали электролит, способный «поженить» такие «ёмкие» материалы, как магний и сера в работоспособном устройстве.

(Детали эксперимента раскрывает статья в Nature Communications.)



Физики построили прозрачные литиевые батареи

26 июля 2011

Проверено вторичное использование электромобильных батарей

22 июля 2011

Графен повысил живучесть ультраёмких батарей

14 июля 2011

Испытан прототип сверхъёмкой полужидкой батареи

30 мая 2011

Испытаны электроды для батарей с зарядкой за несколько секунд

22 марта 2011
  • Максим Подболячный  11 августа, 20:59
    Все это очень классно и интересно, правда. Но... Разговоров о разнообразнейших аккумуляторах, которые вот-вот уничтожат литийки по цене, емкости, циклах, токах заряда-разряда, эксплуационных условиях (в часности, температуре) ет сетера, ет сетера. А пока дальше таких вот «копеечных» прототипов или поштучных пробных и не видно. Несколько лет лучшим (хотя очень далеким от идеала) серийным вариантом остаются сандерскаи LiYtFePO4... Исследователи исследуют, ученые «ученят», а воз и ныне там. Грустно, господа...
    ОтветитьНравится
  • Александр Морозов.  11 августа, 21:15
    Вот где поле для простора! но всяких там эфирщиков пруд пруди.
    ОтветитьНравится
  • Максим Подболячный  11 августа, 21:17
    Да по мне хай хоть спириты и всякие гео- и гелиолингвисты. Абы результат был...
    ОтветитьНравится
  • Леонид Попов  11 августа, 22:28
    А вы плагаете литиевые появились вдруг и сразу? У них когда-то давно тоже был многолетний период проб, ошибок, доводки. Просто об этом никто не задумывается. В глазах масс новая технология — это когда в прошлом году учёны изобрели, а в нынешнем уже заводы на линиях выпускают серийно и в магазине можно купить. Но так бывает редко.
    ОтветитьНравится
  • Максим Подболячный  11 августа, 22:36
    Увы, да. Редко. И вдвойне увы, что в области аккумуляторов это редко переходит в архиредко. А ведь какой революционный прорыв в технологиях дала б революционная батарея...
    Хотя свинцовым аккумуляторам лет надцать, и вот по ним-то новые технологии почему-то вылазят в серию регулярно. Гелевые, «бобины» «Оптимы», AGM... Бытует мнение, что свинец еще далеко не сказал своего последнего слова. Хотя будущее, несомненно, не за ним.
    ОтветитьНравится
  • Михаил Кошкин  11 августа, 22:39
    А, извиняюсь за может глупый вопрос, что за «сандерскаи LiYtFePO4»? Я знаю LiFePO4 аккумы, а о таких не слышал. Интересно))
    ОтветитьНравится
  • Максим Подболячный  11 августа, 22:46
    Оне же, китайские. Просто уже с год как предлагают на рінке улучшеніе версии ЛиФеПО с Иттрием.
    Конечно же, я ошибся, и правильно они называются LiYFePO4. «t» лишняя.
    ОтветитьНравится
  • Дмитрий Моторыгин  11 августа, 22:31
    Ммм... у бензина какая энергетическая ёмкость?
    ОтветитьНравится
  • Леонид Попов  11 августа, 22:39
    У бензина что-то порядка 10 кВт-ч/л. Но при сравнении нужно учесть, что бензин сжигается в ДВС с КПД порядка 20%. С другой стороны — теоретическая ёмкость батареи — это идеализированный показатель, не учитывающий массу и объём всякого конструктива, чисто расчёт по одним хим реагентам.
    Так что, думаю, если построят такую батарею промышленного образца, будет очень хорошо, если она покажет 500-1000 Вт-ч/л. Что впрочем тоже шикарно.
    ОтветитьНравится
  • Максим Подболячный  11 августа, 22:40
    М-м-м... Где-то один литр бензина в одном литре бензина? ;)
    Что-то около 12 тыс. ватт на кг. Или 46,5 тыс кДж (46,5 МДж, для джоулей такая форма записи принята, нет?)
    ОтветитьНравится
  • Леонид Попов  11 августа, 22:45
    безусловно, в литре бензина содержится ровно литр бензина
    ОтветитьНравится
  • Максим Подболячный  11 августа, 22:53
    Вы уверены? А где вы заправляетесь? А то мною эмпирически установлено, что, вопреки теории, в литре бензина содержится от 0,8 до 0,97 литра в зависимости от заправки. ;)
    ОтветитьНравится
  • Леонид Желамский  4 сентября, 08:21
    Леонид, уважаемый, откуда такие цифры? КПД 20%?

    30%!!! И всё зависит от ДВС, а конкретно от реализации.

    ОтветитьНравится
  • Леонид Попов  5 сентября, 19:18
    2 Леонид Желамский.
    КПД «по паспорту или по энциклопедии» может и 30-35 (бензин турбо плюс прямой впрыск) и 40-45% (хороший турбодизель). Но это — ТОЛЬКО в определённой области на диаграмме — обороты/нагрузка. Там, где двигатель работает наиболее оптимально.
    Во всех остальных случаях, то есть на малых нагрузках, или наоборот — при интенсивном разгоне — реальный КПД ДВС ниже — горючее расходуется не так рационально.
    И это мы ещё не учитываем потери на светофорах и в пробках, когда КПД в принципе стремится к нулю — топливо расходуется пока машина стоит.
    Потому, если поставите современный мотор на стенд, он вам может и покажет 30 процентов и даже выше. А если посчитаете суммарный КПД автомобиля в типичной поездке по городу — то и 20% потраченных на реальное перемещение из А в Б (от энергии, заключённой в горючем) — будет очень оптимистичным показателем. А скорее там будет 10-15%.
    На этой разнице, кстати, пытаются играть гибриды, которые хотя бы отчасти возвращают энергию при торможении и способны ползать в пробках не включая ДВС.
    Чистый электромобиль на аккумуляторах этого недостатка лишён. Когда он стоит на месте, мотор соответственно ничего не расходует. И зависимость КПД электромотора от нагрузки тоже не такая печальная, и сам КПД электромотора существенно выше ДВС.
    ОтветитьНравится
  • Леонид Желамский  5 сентября, 19:44
    А Вы как хотели? КПД ДВС, как было описано — это ИМЕННО ТО, что выдаётся на стенде и никак иначе! Таков всемирный уровень измерения сего. Проверяется на стенде конкретный двигатель, кстати говоря если это авто, то с кондиционером и прочим навесным хламом.

    А то, о чём Вы говорите — понятное дело, что при разгоне и т.д. будет более низкий КПД. Если лезть в такие дебри, то легко сказать, что в Москве у ДВС меньший КПД, чем в провинции. Посудите сами, какова корректность сего.

    Кстати, с электромотором будет аналогичная Москве и провинции ситуация.

    ОтветитьНравится
  • Леонид Попов  5 сентября, 19:47
    Леонид. Может я не очень корректно выразился. Но речь-то шла (в чём смысл) о практическом сравнении машин с двумя типами установок, а не о стендовых показателях. Нам ведь интересно, когда аккумуляторы смогут заменить бензин в плане практического запаса хода при заданном весе. Так и нужно сопоставлять энергоёмкость бензина с учётом реальной эффективности бензиновой машины с энергоёмкостью аккумулятора (с учётом реальной эффективности электромобиля, которая гораздо выше бензинового).
    ОтветитьНравится
  • Леонид Желамский  5 сентября, 19:49
    ПС2 Уважаемый Леонид, если прокладка между рулём и сиденьем некудышняя, то разве можно понять на двигатель, и вычитать из КПД двигателя цифры?

    В пердчувствии того, что следующий ответ будет «электро в пробках и на светофорах ВООБЩЕ лишён чего-либо», то воспользуюсь Вашим подходом, и скажу, что кроме электродвигателя и его систем есть ещё уйма вещей, которые буду отбирать КПД в зависимости не только от подробностей поездки, но и из простых законов физики, таких как влияние аэродинамики, увеличение трений разных и т.д.

    ОтветитьНравится
  • Леонид Желамский  5 сентября, 19:54
    >> Так и нужно сопоставлять энергоёмкость бензина с учётом реальной эффективности бензиновой машины с энергоёмкостью аккумулятора

    Здесь согласен. У электро большое будущее, но за летающими машинами ещё бОльшее. Причём здесь летающие машины? По сути ни их, ни электро толком в эксплуатацию не введено.

    Кстати, мне не нравится только положение с аккумуляторами в электро-мобилях.

    Моё ИМХО (сугубо-личное), что возможно и не вту степь копают. Может быть аккумулятор не единственный вариант в питании электро-ситем (мобильных), а есть ещё много вариантов, в виде процессов химических, возможно и т.д. (сам в химии 0, так что важен сам принцип «мный в гору не пойдёт»).

    ОтветитьНравится
  • Максим Подболячный  2 ноября, 12:15
    Вы, возможно, удивитесь, но ЛЮБОЙ современный аккумулятор — это давно уже не лейденская банка с тупо «запасанием электронов». Это именно химические источники тока. В отличии от, к примеру, солевых батареек, просто обратимые под действием того же тока.
    ОтветитьНравится
  • Ольга Добрая  11 августа, 22:41
    а какая емкость у батареи из лимона? :-)
    ОтветитьНравится
  • Андрей Лобанов  12 августа, 19:54
    Такие уже производят?
    ОтветитьНравится
  • Ольга Добрая  12 августа, 21:41
    дык ее любой может произвести.
    ОтветитьНравится
  • Максим Подболячный  12 августа, 21:49
    Вот произведут, да статью на мембране выложат — тогда и посчитаем...
    ОтветитьНравится
  • Андрей Лобанов  14 августа, 09:34
    из одного лимона батареи не будет, поэтому и не делает никто.
    ОтветитьНравится
  • Расскажите про воздушно-железные батареи :-)
    Ну пожалуста :-)
    ОтветитьНравится