Питание будущего: новая жидкометаллическая батарея комнатной температуры.

Большинство батарей состоит из твердотельных электродов, таких как литий-ионные аккумуляторы для портативной электроники, или жидких электродов, включая проточные батареи для интеллектуальных сетей. Исследователи из UT создали то, что они называют «полностью жидкометаллической батареей при комнатной температуре», которая включает в себя лучшее из двух миров — жидких и твердотельных батарей.

Твердотельные батареи обладают значительной емкостью для накопления энергии, но, как правило, сталкиваются с многочисленными проблемами, которые приводят к тому, что они со временем разлагаются и становятся менее эффективными. 

Жидкостные батареи

Жидкостные батареи могут доставлять энергию более эффективно, без долговременного распада проданных устройств, но они либо не отвечают высоким потребностям в энергии, либо требуют значительных ресурсов для постоянного нагрева электродов и поддержания их в расплавленном состоянии.

Металлические электроды в батарее команды могут оставаться сжиженными при температуре 20 градусов Цельсия (68 градусов по Фаренгейту), самой низкой рабочей температуры, когда-либо зарегистрированной для жидкометаллической батареи, согласно исследователям. Это представляет собой серьезное изменение, потому что современные жидкометаллические батареи должны храниться при температуре выше 240 градусов по Цельсию.

«Эта батарея может обеспечить все преимущества как в твердом, так и в жидком состоянии — включая больше энергии, повышенную стабильность и гибкость — без соответствующих недостатков, а также экономит энергию», — сказал Ю Дин, доктор наук, научный сотрудник доцента Гуйхуа Ю. группа Уокера на кафедре машиностроения. Дин является ведущим автором статьи о батарее комнатной температуры, которую недавно опубликовала команда в Advanced Materials.

Аккумулятор содержит сплав калия и натрия в качестве анода и сплав на основе галлия в качестве катода. В статье исследователи отмечают, что возможно создать батарею с еще более низкими температурами плавления, используя разные материалы.

Больше энергии

Батарея комнатной температуры обещает больше энергии, чем современные литий-ионные батареи, которые являются основой большинства персональных электронных устройств. По словам исследователей, он может заряжать и доставлять энергию в несколько раз быстрее.

Из-за жидких компонентов батарею можно легко увеличивать или уменьшать в зависимости от необходимой мощности.

 Чем больше батарея, тем больше энергии она может выдавать. Такая гибкость позволяет этим батареям питать все, от смартфонов и часов до инфраструктуры, что лежит в основе движения к возобновляемой энергии.

«Мы рады видеть, что жидкий металл может обеспечить многообещающую альтернативу для замены обычных электродов», — сказал профессор Ю.

 «Учитывая продемонстрированную высокую плотность энергии и мощности, эта инновационная ячейка может быть потенциально реализована как для интеллектуальной сети, так и для носимой электроники».

Исследователи потратили более трех лет на этот проект, но работа еще не завершена. Многие из элементов, составляющих основу этой новой батареи, более распространены, чем некоторые из основных материалов в традиционных батареях, что делает их потенциально более простыми и менее дорогими для производства в больших масштабах.

Однако галлий остается дорогим материалом. 

Поиск альтернативных материалов, которые могут обеспечить одинаковую производительность при снижении затрат на производство, остается ключевой проблемой.

Следующий шаг к увеличению мощности батареи комнатной температуры заключается в улучшении электролитов — компонентов, которые позволяют электрическому заряду протекать через батарею.

«Несмотря на то, что наша батарея не может конкурировать с высокотемпературными жидкометаллическими батареями на нынешнем этапе, ожидается, что при использовании усовершенствованных электролитов с высокой проводимостью будут использоваться более мощные электролиты», — сказал Дин.