Новый органический аккумулятор будет работать даже на полюсе
Новый органический аккумулятор может эффективно работать даже при температуре минус 70 градусов Цельсия. Разработка пригодится не только в холодных регионах Земли, но и в космическом пространстве. Достижение описано в научной статье, опубликованной в журнале Joule командой во главе с Юняо Ся (Yongyao Xia) из Университета Фудань в Китае.
"Золотым стандартом" хранения энергии сегодня являются литиево-ионные аккумуляторы. Они питают телефоны, ноутбуки и многие другие устройства. И не секрет, что производительность такой батареи падает вместе со столбиком термометра. На бодрящем русском морозе в минус 20 по Цельсию она достигает уже только 50% от номинальной, а в минус 40 опускается до 12%.
Между тем "минус 40" – это средняя температура января в Якутске (а это 300 тысяч человек населения). В Норильске (178 тысяч человек) несколько теплее: в среднем -27 °C. Кроме того, учёные постоянно отправляются в экспедиции, посещая, а подчас и подолгу работая на базах в Арктике и Антарктиде. А ещё человечество регулярно запускает космические аппараты, которые встречаются с невиданным для большинства землян космическим холодом.
В связи с этим инженеры давно ищут способ сделать батареи более "морозоустойчивыми". Например, некоторые включают в состав аккумулятора обогреватель, который подогревает электролит. Но это неэффективно: даром тратится драгоценная энергия, и к тому же увеличивается вес.
Команда Ся пошла другим путём. Прежде всего учёные изменили состав электролита, ведь проблемы чаще всего связаны с его слабой ионной проводимостью при низких температурах.
Новый электролит авторы создали на основе этилацетата, который сохраняет высокую ионную проводимость даже при минус 70 градусах Цельсия. Однако тут же выяснилось, что проблемы возникают и с электродами.
В традиционных аккумуляторах эти элементы работают благодаря интеркаляции – обратимого внедрения ионов в молекулярную структуру электрода. Но при низких температурах этот процесс замедляется и его эффективность стремительно падает.
Учёные Поднебесной изменили и состав электродов, вообще отказавшись от применения лития. Материалом послужили органические полимеры с зубодробительными названиями политрифениламин, 1,4,5,8-нафталинтетракарбоновый диангидрид и полиимид.
"Благодаря использованию электролитов на основе этилацетата и органических полимеров аккумулятор может хорошо работать при сверхнизкой температуре минус 70 градусов Цельсия", – отмечает Ся.
При этом устройство экологически безопасно, в отличие от литиево-ионных аккумуляторов, которые ни в коем случае нельзя выбрасывать в обычный мусорный бак. К тому же органические электроды дешевле традиционных.
Впрочем, китайские специалисты понимают, что новую батарейку всё ещё нужно совершенствовать. Ёмкость на единицу массы у неё пока ещё меньше, чем у традиционных аккумуляторов. К тому же требуется оптимизировать технологию сборки.
Напомним, что "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) ранее писали о других удивительных разработках в области хранения энергии. Например, мы говорили об устройствах на основе ионов алюминия и литий-воздушных аккумуляторах. Рассказывали мы и о всевозможной экзотике вроде батареек, работающих от человеческого пота и слюны и об использовании для выработки энергии водорослей.