Исследователи представляют альтернативы литиевым батареям

(CN) - По мере роста мирового спроса минеральные ресурсы, необходимые для производства батарей, могут стать ограниченными, но исследователи из Технологического института Джорджии говорят, что они, возможно, нашли жизнеспособную альтернативу традиционной конструкции литиевых батарей.

Ученые из Технологического института Джорджии говорят, что новое исследование показывает, что батареи, изготовленные из калия и натрия, перспективны - и, возможно, даже лучше, чем литий - для хранения батарей.

Во вторник команда опубликовала исследование в журнале Joule, в котором описывается изучение калиевых и натриевых батарей. В нем говорится, что калий и натрий не являются предпочтительными ионами для производства клеток, потому что они более подвержены распаду, чем другие ионы, такие как литий.

« Но мы обнаружили, что это не всегда так», - сказал Мэтью МакДауэлл, доцент Школы машиностроения Джорджа Вудраффа.

Ученые изучили реакцию трех ионов - лития, натрия и калия - с частицами минерального пирита. Они обнаружили, что пирит более стабилен во время реакции с натрием и калием, что может указывать на то, что батареи на основе ионов натрия или калия могут быть намного дольше, чем считалось ранее.

Когда батарея заряжается и разряжается, ионы реагируют с частицами, составляющими электрод батареи, и проникают через частицы. Исследования показали, что этот процесс приводит к значительному изменению объема частиц электрода, часто разбивая их на мелкие кусочки. Поскольку ионы натрия и калия больше, чем литий, считается, что эти ионы вызывают большую деградацию электрода батареи.

Литий-ионные батареи имеют высокую плотность мощности и относительно низкую стоимость, что делает их лучшим выбором для портативных электронных устройств, электрических сетей и накопителей энергии для растущих гибридных и электрических транспортных средств.

По данным Геологической службы США, на батареи приходится 39% мирового потребления лития.

Ученые из Технологического института Джорджии наблюдали химические реакции с помощью электронной микроскопии, используя электроды батарей из сульфида калия, лития, натрия и железа. Согласно исследованию, они обнаружили, что сульфид железа более стабилен при взаимодействии с натрием и калием, чем с литием.

Матти Бобингер, аспирант Технологического института Джорджии, сказал: «Мы увидели очень сильный отклик, без перерывов, что указывает на то, что этот и другие подобные материалы могут быть использованы в этих новых батареях и имеют более высокую стабильность».

Батарея состоит из трех основных компонентов - катода, анода и раствора электролита. Когда катод и анод соединены, электроны текут от анода к катоду, генерируя электрический ток.

Литий обычно присутствует в катоде батареи, тогда как электролит обычно присутствует в виде соли лития. В качестве материала анода обычно используется углерод, обычно графит. Литий-ионные батареи могут производить вдвое больше энергии, чем щелочные батареи.

«Литиевые батареи по-прежнему являются наиболее привлекательными сейчас, потому что они имеют самую высокую плотность энергии. Вы можете упаковать много энергии в это пространство», - сказал МакДауэлл. «На данный момент натриевые и калиевые батареи не имеют большей плотности, но они основаны на элементах, которых на Земле в 1000 раз больше, чем у литиево-литиевых батарей. Так что в будущем они могут быть намного дешевле для крупномасштабного хранения энергии - для семьи. Очень важно обеспечить резервное питание будущей сети ».

По данным Геологической службы США, мировое производство лития в 2016 году увеличилось примерно на 12%, чтобы удовлетворить растущий спрос на аккумуляторные батареи.

Запасы лития распределены на пяти континентах - в Северной Америке, Южной Америке, Африке, Азии и Австралии. Южная Америка имеет самую высокую концентрацию, на которую приходится около 66% мировых запасов лития.

Есть два основных способа производства лития: рассол и твердые породы. При использовании рассола минерал концентрируется в водном растворе и может быть экстрагирован. Запасы пегматита в твердых породах были обнаружены по всему миру, но богатые гранитом пегматиты встречаются редко, составляя менее 1% мировых запасов пегматита.

Чили является вторым по величине производителем лития в мире, а его запасы занимают первое место. Его запасы хранятся в соляных шахтах, а главное месторождение - Салар-де-Атакама. Этот район занимает площадь около 3000 квадратных километров и, по оценкам, имеет запасы лития в 6,8 миллиона тонн.

Прошлой осенью исследования ученых из Стэнфордского университета показали, что в вулканах вокруг Северной Америки может быть больше запасов лития, что может помочь снизить зависимость США от международных поставок лития.

Хотя текущее годовое потребление лития невелико по сравнению с предполагаемыми глобальными извлекаемыми запасами лития, исследователи Стэнфордского университета говорят, что спрос на литий может стать критическим к 2030 году. Использование литий-ионных батарей в мобильной электронике, гибридных и электрических транспортных средствах требует открытия новых ресурсов лития для удовлетворения растущего спроса и диверсификации глобальной цепочки поставок лития.

Исследования Стэнфордского университета показали, что отложения в супервулканических озерах, сохранившихся в кратерах, могут откладывать большие количества литиевой глины.

Страница содержит содержимое машинного перевода.