Волшебная батарейка товарища Си

Фото: IMAGO/Sven Simon/TASS

Китайские ученые продолжают делать важные открытия в области разработки новых видов аккумуляторов. Все эти открытия имеет важное значение для развития более эффективных и экологически чистых способов хранения энергии. Новые виды аккумуляторов можно использовать в различных областях, включая электронику, энергетику и транспорт. Главная же их особенность — это «зеленые» технологии, которым особое внимание уделяет и председатель КНР Си Цзиньпин.

Ионно-цинковые батареи будут «подпитывать» слабым магнитным полем

Исследовательская группа под руководством профессора Ян Лифенг из Университета науки и технологий Китайской академии наук разработала новый тип цинковых аккумуляторов. Их эффективность ограничена необратимыми электрохимическими реакциями на одном из электродов. Стабилизировать процесс можно, изменив состав электролита: за основу китайские ученые взяли метилмочевину, которая помогает улучшить химические свойства аккумуляторов.

Электролит в аккумуляторе находится не в жидком состоянии, а в виде геля. Причем это «умный» гель, у которого ученые открыли свойство самосборки: среда сама разделяется на две фракции, гидрофильную и гидрофобную области. При этом электроды оказываются как бы внутри защитной капсулы, оберегающей их от химического разрушения.

А исследовательская группа из Института физических наук Хэфэй Китайской академии наук разработала высокопроизводительную ионно-цинковую батарею на водной основе с удивительно длительным сроком службы в слабом магнитном поле.

Исследователи использовали материал, который позволяет эффективно снизить электростатическое взаимодействие ионов. Кроме того, команда обнаружила, что воздействие слабого магнитного поля подавляет рост дендритов цинка и значительно увеличивает срок службы батареи.

Натриево-ионные аккумуляторы придут на смену привычный литий-ионным

Ученые из Циндаоского института биоэнергетики и биопроцессорных технологий Китайской академии наук разработали новый гидрогелевый электролит для водных натрий-ионных аккумуляторов.

Натриево-ионные аккумуляторы являются многообещающей альтернативой привычным литий-ионным батареям, поскольку они содержат более дешевые и экологичные материалы. Наитриево-ионные аккумуляторы могут сохранять почти 90% емкости после 400 циклов полной зарядки и разрядки.

Однако новые аккумуляторы требуют разработки множества новых компонентов, все из которых должны быть адаптированы к ионам натрия. Созданный в Циндаосском университете электролит имеет нетрадиционную солевую концентрацию, что подавляет побочные реакции, вызванные водой, и позволяет батарее иметь длительную циклическую эксплуатацию. Это открытие может привести к созданию нового поколения аккумуляторов с высокой производительностью и безопасностью.

А вот ученые из Чжэцзянского научно-технического университета совместно с коллегами из Университета Флиндерс в Австралии разработали первую в мире батарею на основе алюминиевых радикалов, которая работает на водной основе.

Вместо опасных материалов в батарее используются электролиты на водной основе. Специфическая химическая обработка (метилирование) структурного полимера гидрогеля привела к улучшению емкости и производительности батареи. В этой системе даже можно было использовать недорогую алюминиевую фольгу в качестве токосъемника.

Такие же биохимические реакции в природе используются для регулирования связывания воды и солей в крупных биомолекулах. В белках метилирование вызывает «укупорку» отдельных фрагментов, которые становятся менее доступными для молекул воды.

Так что свое открытие авторы хотя. Применить и в других сферах, кроме создания аккумуляторов. Например, при разработке лекарств, чтобы сделать гидрогели более устойчивыми к солям и, следовательно, более стабильными.

В литий-серных материалах основой будут углеродные нанотрубки

И это еще не все прорывы. Ученые из Китая достигли значительного успеха в разработке твердотельных литий-серных аккумуляторов, которые могут претендовать на коммерческую реализацию. Команда исследователей из Китайской академии наук продемонстрировала аккумулятор, способный выдерживать 1400 циклов зарядки без значительной потери емкости.

Литий-серные аккумуляторы отличаются от обычных литий-ионных тем, что используют серу в качестве материала для катодов. Это позволяет снизить затраты на производство и увеличить емкость аккумулятора вдвое по сравнению с литий-ионными батареями. Однако, у таких аккумуляторов обычно короткий срок службы, не превышающий 1000 циклов зарядки.

Исследователи разработали новую конструкцию аккумулятора, сочетая пористые углеродные нанотрубки с серой. Это позволило улучшить движение электронов и ионов через материал серы, который обычно является плохим проводником электричества.

После проведения 1400 циклов зарядки аккумулятор сохраняет примерно 70% своей первоначальной емкости. Это говорит о длительном сроке службы батарей. Правда, пока еще рано говорить о создании нового вида аккумуляторов: однако китайцы очень стараются, чтобы их разработки легли в основу новых электромобилей и мобильных устройств. Для них важно, чтобы аккумулятор заряжался очень быстро и выдерживал много циклов.

Дмитрий Капустин