На основе натрия и калия в батарее обещано дешевое хранение энергии.

От одного заряда, путешествующего на сотни миль электромобилей, до мощной цепной пилы, такой как электромобили, - каждый год на рынке появляются новые продукты, полностью использующие аккумулятор последних достижений в области технологий.

Но рост вызывает беспокойство у людей во всем мире. Литиевая электроэнергия. Поставка многих новых типов металлических сердечников аккумуляторных батарей может в конечном итоге исчерпаться.

Исследователи из технологического института Джорджии обнаружили новые доказательства того, что эта батарея, как ожидается, будет основана на потенциальных заменителях натриевых и калиевых литиевых батарей.

«Для натриевых и калиевых ионных аккумуляторов одно из самых больших препятствий заключается в том, что они имеют тенденцию к более быстрому распаду и деградации и меньше, чем альтернативные источники энергии», - Джордж У. Вудраффа, доцент Мэтью сказал Макдауэлл, материаловедения и инженерного колледжа.

«Но мы обнаружили, что это не всегда так», - добавил он.

В исследовании, опубликованном 19 июня в журнале Joule, финансируемом Национальным научным фондом и Министерством энергетики США, команда изучала три различных типа ионов - литий, натрий, калий и то, как реагировать с сульфидом частиц железа. также известен как пирит и золото дураков.

При зарядке и разрядке аккумулятора ионы и частицы электрода аккумулятора реагируют и проникают в частицы. Процесс реакции вызывает большое изменение объема частиц электрода, часто с их разложением на мелкие кусочки. Следовательно, из-за более крупных ионов натрия и калия, чем у лития, традиционно считалось, что они во время реакции частиц вызывают более значительную деградацию.

В их эксперименте в электронном микроскопе непосредственно наблюдаемые в батарее внутренние частицы сульфида железа играют роль электродов батареи. Исследователи обнаружили, что, когда реакция с сульфидом железа и натрия и калия более стабильна, чем с литием, срок службы батареи на основе натрия или калия может быть намного дольше, чем ожидалось.

Различия между разными ионными реакциями очевидны. При воздействии лития частицы сульфида железа почти взрываются под электронным микроскопом. Напротив, при воздействии натрия и калия сульфид железа подобен надуванию воздушного шара.

Выпускник технологического института Джорджии Мэтти Бобингер сказал: «Мы получили очень сильную реакцию, никаких трещин, что говорит о том, что материалы и другие материалы могут быть использованы для батареи и имеют более высокую стабильность с течением времени.

Исследование также ставит под сомнение идею о том, что большие объемные изменения в электрохимических реакциях всегда являются предвестником разрушения частиц, что приводит к выходу из строя электрода, что приводит к дегенерации клеток.

Исследователи думают, что то, как разные ионы реагируют с сульфидом железа, одной из возможных причин является то, что литий, скорее всего, будет реакцией, сконцентрированной вдоль зерна с острым кубом, а реакция натрия и калия более разбросана по поверхности сульфида железа. частицы всего. В результате при реакции с натрием и калием частицы сульфида железа образуют более овальную форму с закругленными краями.

Хотя предстоит еще много работы, новое исследование может помочь ученым разработать системы батарей с использованием этих новых материалов.

«Литиевые батареи сейчас по-прежнему наиболее привлекательны, потому что они обладают самой высокой плотностью энергии из - вы можете быть в этом пространстве, полном энергии», - сказал МакДауэлл. «Натриевые и калиевые батареи на данный момент больше не имеют плотности, но они на основе земли более чем в 1000 раз более богатые элементы литиево-литиевых батарей. В результате их будущее может быть намного дешевле, если речь идет о крупномасштабном хранении энергии - для дома или очень важно обеспечить резервную энергосистему в будущем ».

Страница содержит содержимое машинного перевода.