Ученые создали высокоэффективную, недорогую натриево-ионную батарею

Это открытие позволяет создать дешёвые и высокопроизводительные натрий-ионные элементы питания, которые смогут быстро и эффективно запасать и распределять энергию, генерируемую солнечными и ветряными электростанциями.

Первое прямое доказательство существования предсказанного 90 лет назад нового химического состояния элемента марганца представили в журнале Nature Communications сотрудники Национальной лаборатории Беркли (Berkeley Lab), Университета Нью-Йорка и производителя батарей — фирмы Natron Energy из Пало-Альто (штат Калифорния).

Это открытие позволяет создать дешёвые и высокопроизводительные натрий-ионные элементы питания, которые смогут быстро и эффективно запасать и распределять энергию, генерируемую солнечными и ветряными электростанциями.

В экспериментах использовался образец батареи, изготовленный Natron Energy, с анодом, основанным не на углероде, как обычно, а на переходном металле, марганце. По химическому составу материал анода (смесь марганца, углерода, азота и других элементов) идентичен железосодержащему пигменту, известному как «берлинская лазурь». Другой электрод — катод — состоял из меди, железа, азота и углерода.

Использование таких материалов для обоих электродов позволило снять фундаментальные ограничения на ёмкость, стабильность и себестоимость батареи. В испытаниях она с запасом удовлетворила эксплуатационным требованиям Министерства Энергетики США для аккумуляторов подстанций энергосети.

Полученное устройство продемонстрировало отличную циклическую стабильность, сохраняя 95% исходной ёмкости после 1000 перезарядок, и оказалось способно выдавать 90% запасённой энергии всего за 5 минут. По себестоимости такая батарея, благодаря использованию в ней широкодоступных материалов, сравнима с традиционными свинцовыми аккумуляторами.

Необычно высокая эффективность новой батареи могла быть объяснена наличием у марганца состояния, в котором атом теряет не два и более электронов, а всего один. Гипотеза о возможности моновалентного состояния марганца была высказана ещё в 1928 г. и до сих пор никому не удавалось её подтвердить или опровергнуть.

В первом раунде экспериментов, абсорбционная спектроскопия в мягком рентгеновском диапазоне на источнике Advanced Light Source (ALS) в Berkeley Lab не дала нужного результата. Как стало известно впоследствии, атомы марганца без одного и без многих электронов ведут себя очень похоже, именно это отодвинуло открытие на много десятилетий. Уверенно дифференцировать моновалентное состояние удалось лишь с помощью новой системы iRIXS (In situ Resonant Inelastic X-ray Scattering).

Коммерческие прототипы на базе батареи, участвовавшей в этих экспериментах, в начале года достигли стадии бета-тестирования. Помимо аккумулирующих электростанций, новые батареи найдут применение (в качестве аварийных источников питания) в центрах обработки данных, электрических грузоподъёмниках и другом мощном оборудовании. опубликовано econet.ru  

Если у вас возникли вопросы по этой теме, задайте их специалистам и читателям нашего проекта здесь.

P.S. И помните, всего лишь изменяя свое потребление - мы вместе изменяем мир! © econet