Учёные из Японии, Соединённых Штатов и Китая сообщили о значительных достижениях в технологиях аккумуляторов следующего поколения: три независимые исследовательские группы сделали прорывы, которые могут изменить сферу хранения энергии и поддержать переход к более чистым энергетическим системам.
Японские исследователи из Токийского института науки разработали водородный аккумулятор, работающий всего при 90°C, что существенно снижает требования к температуре, которые долгое время мешали практическому хранению водорода. Работа, опубликованная 18 сентября в журнале Science, демонстрирует систему с твёрдым электролитом, использующую гидрид магния, которая достигает полной теоретической ёмкости хранения — 2 030 мАч/г, что эквивалентно 7,6% водорода по массе.
Прорыв в хранении водорода при низких температурах
Токийская команда под руководством научного сотрудника доктора Такаси Хиросэ, доцента Наоки Мацуй и профессора института Редзи Канно занялась решением фундаментальной задачи в области водородной энергетики. Традиционные твердофазные методы хранения водорода требовали рабочих температур выше 300°C, что делало процесс энергозатратным и непрактичным для повседневного использования.
Их инновация основана на твердом электролите с формулой Ba₀.₅Ca₀.₃₅Na₀.₁₅H₁.₈₅, который эффективно транспортирует гидрид-анионы благодаря кристаллической структуре типа анти-α-AgI. Материал демонстрирует высокую ионную проводимость при комнатной температуре и сохраняет электрохимическую стабильность при многократных циклах.
«Мы продемонстрировали работу батареи Mg–H₂ в качестве безопасного и эффективного устройства для хранения водородной энергии, достигнув высокой емкости, низкой рабочей температуры и обратимой абсорбции и выделения водородного газа», — отметил Мацуй.
Достижения в эффективности натриевых аккумуляторов
В Университете Чикаго команда профессора И. Ширли Менг опубликовала на этой неделе исследование в журнале Joule, показывающее, что полностью твердотельные батареи на основе натрия теперь могут соответствовать производительности литиевых батарей, работая при комнатной температуре и даже при минусовых условиях. Прорыв включает стабилизацию метастабильной структуры натрий-гидридобората с ионной проводимостью на порядок выше ранее зарегистрированной.
Первый автор Сам О из сингапурского института A*STAR объяснил, что методика использует стандартные методы нагрева и быстрого охлаждения для кинетической стабилизации кристаллической структуры. Команда сочетала это с толстыми катодами, которые содержат больше активного материала, тем самым повышая теоретическую плотность энергии.
"Дело не в выборе между натрием и литием. Нам нужны оба элемента," сказала Менг. "Когда мы думаем о решениях для хранения энергии завтрашнего дня, мы должны представить, что одна и та же гигафабрика может производить продукты на основе как литиевой, так и натриевой химии.
Первый прототип аккумулятора с гидрид-ионной технологией
Китайские ученые из Даляньского института химической физики сообщили на этой неделе в журнале Nature о разработке первого в мире прототипа аккумуляторной батареи на основе гидрид-ионов. Группа исследователей под руководством профессора Чэнь Пина создала электролит-композит с ядром-оболочкой, который обеспечивает быструю проводимость гидрид-ионов при комнатной температуре.
Батарея показала начальную разрядную емкость 984 мАч/г при комнатной температуре, что значительно выше, чем типичные 100-250 мАч/г для коммерческих литий-ионных аккумуляторов. В многослойной конфигурации прототип достиг 1,9 вольта и успешно питал светодиодную лампу, демонстрируя потенциал для практического применения.
Использование водорода в качестве носителя заряда позволяет избежать проблем с образованием дендритов, которые характерны для литиевых металлических батарей, что потенциально обеспечивает более безопасную работу. Технология представляет собой, по словам исследователей, «совершенно новый технический путь хранения энергии», который, как ожидается, сыграет важную роль в масштабном накоплении энергии и мобильных источниках питания.
Эти параллельные разработки позволяют предположить, что 2025 год может стать переломным моментом для альтернативных химических составов аккумуляторов, и уже в ближайшие годы при работе исследователей по оптимизации характеристик и подготовке к коммерческому производству могут появиться практические применения.
Комментариев нет:
Отправить комментарий