 Высокопроизводительные литий-ионные аккумуляторы сталкиваются с серьезной проблемой: литий в конечном счете станет иссякать по мере того, как батареи будут использоваться в электрических машинах и стационарных блоках хранения. Исследователи из Empa и ETH Zurich уже обнаружили альтернативу: батарея из «золота дураков». Она состоит из железа, серы, натрия и магния – все из этих элементов, присутствуют в изобилии. Это означает, что гигантские аккумуляторы могут быть построены по дешевой цене и использоваться стационарно в зданиях или близстоящих электростанций, например.
В мире постоянно присутствует настоятельная необходимость искать недорогие батареи для хранения электроэнергии. Перемежаемость зеленой электроэнергии влияет на энергосистемы, требуя подключения стационарных блоков хранения в умные сетки. Электромобили растут в популярности, но при этом остаются дорогими. Эффективные литий-ионные аккумуляторы не подходят для крупномасштабного стационарного хранения электроэнергии; они просто являются слишком дорогими из-за высокой потребности в литии. Нужна дешевая альтернатива - батареи из недорогих ингредиентов, которые доступны в изобилии. Но электрохимия является непростым делом: Не все, что является дешевым, можно использовать для того, чтобы сделать батарею.
Ученым в лаборатории Empa уже удалось сделать немыслимое: объединить магниевый анод с электролитом из ионов магния и натрия. Нанокристаллы из пирита, более известного как золото дураков, служат в качестве катода. Пирит представляет собой кристаллический сульфид железа. Ионы натрия из электролита мигрируют к катоду во время разряда. Когда батарея полностью заряжается, пирит повторно выпускает ионы натрия. Эта так называемый натриево-магниевая гибридная батарея уже работает в лаборатории и имеет несколько преимуществ. Магний, используемый в качестве анода, является намного безопаснее, чем легковоспламеняющийся литий. И тесты батареи в лаборатории уже выдержали 40 циклов зарядки и разрядки без ущерба к ее производительности, призывая к дальнейшей оптимизации.
Самым большим преимуществом, однако, является то, что все ингредиенты для батареи такого рода являются легко доступными и содержатся в изобилии: нанокристаллы сульфида железа, например, могут быть получены путем измельчения сухого металлического железа с серой в обычных шаровых мельницах. Железо, магний, натрий и сера удерживают соответственно 4, 6, 7 и 15-е место по обилию в земной коре (по массе). Один килограмм магния стоит не более четырех швейцарских франков, что делает его в 15 раз дешевле, чем литий. Экономия средств также обеспечивается, когда дело доходит до построения дешевых батарей: Литий-ионные аккумуляторы требуют относительно дорогой медной фольги, чтобы собрать и провести электричество. Для батареи из «золота дураков», однако, недорогой алюминиевой фольги будет вполне достаточно.
Исследователи в первую очередь видят потенциал в развитии для больших сетей аккумуляторов сети. Золото дураков не подходит для электромобилей - его выход является слишком низким. Но там, где речь идет о затратах, безопасности и экологичности, эта технология является плюсом. В своей работе исследователи предложили батареи с чрезвычайно высокой емкостью. Такая батарея может использоваться для временного хранения годового производства от швейцарской АЭС в Лейбштадте, например. Полный потенциал батареи еще не исчерпан. Если улучшить электролиты, то появится возможность еще дальше увеличить электрическое напряжение в натрий-магниевом гибридном элементе и расширить количество циклов. Исследователи также рассчитывают на инвесторов, готовых поддержать исследования в подобных пост-литий-ионных технологиях и довести их до рынка.
|
