Ученые решили самую большую слабость революционных аккумуляторов

В последние годы аккумуляторные технологии развиваются быстрее, чем когда-либо. Наряду с появлением полупроводниковых батарей с почти вдвое большей плотностью энергии по сравнению с некоторыми электромобилями Tesla или экспериментами с бетоном, способным накапливать энергию, тепловые батареи вновь оказались в центре внимания.

Они не новы, но фундаментальная проблема препятствует их более широкому внедрению в течение длительного времени. Но теперь учёные из Китая заявляют, что нашли способ существенно подавить эту слабость. Портал обратил внимание на тему БГР.

Исследования, опубликованные в престижном журнале Advanced Science, показывают, что мы могли бы стать на шаг ближе к тепловой батарее с более высокой плотностью энергии и более стабильной работой. Ключевым моментом является новый тип катодного материала, который помогает минимизировать потери емкости, вызванные так называемым челночным эффектом.

Проблема, которая сдерживала бум

Чтобы понять значение нового решения, необходимо присмотреться к самому эффекту челнока. Это явление, при котором промежуточные продукты реакций, в частности полисульфиды, растворяются и мигрируют внутри аккумулятора.

Этот процесс приводит к необратимой потере серы, что приводит к постепенной деградации элемента и снижению эффективности зарядки. Именно нестабильность, вызванная растворением полисульфидов, была одной из основных причин, по которой тепловые батареи не смогли получить широкое распространение.

В прошлом исследователи пытались подавить это явление, например, модифицируя серные электроды или оптимизируя внутреннее расположение ячеек. Некоторые из этих подходов привели к частичному улучшению, но не устранили проблему полностью. Но новое исследование предлагает более систематический подход, который может фундаментально изменить конструкцию будущих тепловых батарей.

Специальный барьер материального уровня

Команда под руководством профессора Ван Сун и Чжу Юнпина из Института технологических процессов Китайской академии наук опиралась на предыдущие концепции, используя внутренние барьеры в конструкции батареи. Их целью было создать селективный защитный слой, который бы позволял перемещать необходимые ионы, но в то же время предотвращал нежелательный перенос и растворение полисульфидов.

Основой решения стала оболочка, созданная из так называемых ковалентных органических структур, известных как COF. Это пористые материалы с кристаллической и четко определенной структурой. Исследователи смогли модифицировать их, чтобы создать покрытие, способное закрыть микроскопические проходы в катоде. Это покрытие позволяет избранным ионам свободно перемещаться, но в то же время эффективно блокирует те частицы, которые в противном случае способствовали бы челночному эффекту.

По мнению авторов исследования, такой подход создает прочную основу для будущих конструкций тепловых ячеек. Лучший контроль движения материалов внутри батареи означает более высокую стабильность, меньшую потерю емкости и потенциально более длительный срок службы. Исследователи подчеркивают, что эта концепция также может стать источником вдохновения для других типов аккумуляторов, открывая тем самым пространство для поиска альтернатив доминирующим литиевым технологиям.

Технологии для экстремальных условий

Сегодня тепловые батареи уже используются там, где классические литиевые элементы достигают своих пределов. Они могут надежно работать при экстремальных температурах, что делает их подходящим решением для военного применения, некоторых аэрокосмических и космических систем или оборудования, используемого при глубоком бурении. В таких условиях стабильность и точный контроль производительности являются абсолютным приоритетом.

Экстремальные температуры отрицательно влияют на традиционные батареи, сокращая их срок службы и снижая эффективность. Именно в этой связи крайне важно повысить термостабильность и подавить челночный эффект. Хотя текущие исследования еще не представляют собой окончательного решения всех технических проблем, они предлагают прочную технологическую основу, на которой ученые и инженеры могут продолжать работу.

Если эту концепцию удастся оптимизировать и реализовать на практике, тепловые батареи смогут найти значительно более широкое применение, чем раньше.

Читайте больше из категории: Новости