Натрий-ионный аккумулятор

12.03.2015

Химики сделали натрий-ионный аккумулятор, который работает ничуть не хуже привычного нам литий-ионного.

Несколько лет назад было высказано предположение, что человечеству пора подумать о скором дефиците, но только не о нефтегазовом, которым нас обычно пугают, а о дефиците щелочного металла - лития. В нашей жизни становится все больше электронных устройств и всевозможных гаджетов. И все они, от мобильного телефона до электромобиля, используют электрическую энергию, запасенную в аккумуляторах. В большинстве своем это литий-ионные аккумуляторы. На сегодняшний день это самый распространенный тип аккумуляторных батарей. И хотя в ближайшем будущем нас вряд ли ждут войны за месторождения лития, его стоимость может возрасти. А это значит, что пора подумать о более дешевых аккумуляторах, в которых использовались бы другие элементы. Основные ставки разработчики делают на ближайшего родственника лития по периодической системе - натрия, как намного более распространенный и недорогой металл.

Почему нельзя просто взять и заменить в аккумуляторе литий на натрий? Все дело в атомных размерах. Хоть литий и натрий очень похожи по своим химическим свойствам, атом натрия существенно больше атома лития. И это оказывается критичным для работы аккумуляторной батареи. В литиевом аккумуляторе есть два электрода, один из которых сделан из углерода или графита, а другой из оксида металла, например, кобальта. Переносчиком заряда между электродами служат ионы лития, почему, собственно, их называют литий-ионными аккумуляторами. Во время подзарядки из металл-оксидного электрода высвобождаются ионы лития и двигаются ко второму электроду, который сделан из углерода.

Размер атомов лития такой, что они могут легко встраиваться внутрь структуры электрода. Этот процесс называется интеркаляция, в ходе которого ионы металла "протискиваются" между атомными слоями графита. Во время разрядки происходит обратный процесс - ионы лития покидают графитный электрод и возвращаются во второй электрод.

Ключевой момент этого электрохимического процесса - как раз встраивание ионов внутрь электрода. Чем он быстрее и легче проходит, тем больше может быть мгновенная мощность. Если процесс протекает медленно, аккумулятор не сможет дать нужный для работы устройства ток. С этим как раз связаны трудности разработки натрий-ионного аккумулятора. Углеродный электрод не подходит, потому что ионы натрия из-за своего размера крайне неохотно встраиваются в структуру графита.

Вот почему электрохимики ищут такие материалы для электродов, которые были бы пригодны для работы обычной электронной техники. Ведь сделать аккумулятор на ионах натрия можно, и он будет работать, весь вопрос в том, что он не будет таким маленьким, емким и мощным как литиевый. А ведь именно мощность и размер - это самые главные параметры для мобильных устройств.

Группа исследователей, возглавляемая профессором Юн Лэй (Yong Lei) из Технического университета Ильменау в Германии, придумала материал, из которого можно сделать электрод в натрий-ионном аккумуляторе, так что он не будет уступать литиевому по мощности и емкости.

Сначала химики проанализировали, какими свойствами должен обладать материал электрода, чтобы обеспечить эффективное внедрение ионов натрия. Выбор пал на сопряженные ароматические соединения класса транс-стильбенов. Они обладают способностью переносить заряд, устойчивы при заряжании и разряжании аккумулятора и образуют межмолекулярные слои, между которых с легкостью может внедряться натрий.

Химики проверили, насколько хорошо будет работать электрод из такого материала и оказалось, что при средней плотности тока в 1 А/г емкость составит 160 мАч/г, что ничем не уступает литий-ионным аккумуляторам. Батарея также неплохо справилась с проверкой на выносливость, сохранив 70% емкости после 400 циклов зарядки-разрядки. И хотя до коммерческой реализации проекта еще далеко, достигнутые результаты говорят о том, что натрий-ионные аккумуляторы вполне имеют право на жизнь и могут в принципе заменить привычные уже Li-ion батареи.

<< Назад: Инновационный ветрогенератор без лопастей 13.03.2015

>> Вперед: Источники питания для наружного применения Mean Well LPV-150 12.03.2015

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Гормон ирисин поддерживает иммунитет при рассеянном склерозе 14.06.2026

Рассеянный склероз (РС) остается одним из наиболее распространенных аутоиммунных заболеваний нервной системы, при котором иммунные клетки атакуют миелиновую оболочку нейронов, вызывая воспаление, повреждение тканей и прогрессирующие неврологические нарушения. Физические упражнения уже давно рекомендуются пациентам как способ облегчения симптомов и замедления прогрессирования болезни, однако точные молекулярные механизмы этого благотворного влияния оставались недостаточно изученными. Новое исследование международной команды ученых пролило свет на ключевую роль гормона ирисина, который вырабатывается мышцами во время физической активности. Исследователи из Массачусетской больницы общего профиля Brigham (Mass General Brigham) и Университетского медицинского центра Гамбург-Эппендорф (UKE) провели серию экспериментов на мышиной модели рассеянного склероза, известной как экспериментальный аутоиммунный энцефаломиелит (EAE). Они обнаружили, что ирисин значительно снижает выраженность клинич ...>>

Охлаждение без электричества на основе солнечной энергии и соли 14.06.2026

С ростом глобальных температур и увеличением спроса на кондиционирование воздуха традиционные системы становятся все более энергоемкими, создавая серьезную нагрузку на электросети и способствуя росту выбросов парниковых газов. В поисках устойчивых альтернатив ученые разрабатывают технологии пассивного охлаждения, которые не требуют подключения к сети. Одним из перспективных решений стала система NESCOD (No Electricity and Sustainable Cooling On-Demand), созданная исследователями из Научно-технологического университета имени короля Абдаллы (KAUST) в Саудовской Аравии. Новая технология основана на простом, но эффективном химическом процессе - растворении нитрата аммония в воде. Эта эндотермическая реакция активно поглощает тепло из окружающей среды, что приводит к быстрому понижению температуры. В лабораторных испытаниях система демонстрировала впечатляющие результаты: температура окружающей среды снижалась с 25 °C до 3,6 °C всего за 20 минут. Нитрат аммония был выбран не случайно - е ...>>

Длительное заточение порождает паранойю и конфликты в команде 13.06.2026

В условиях полной изоляции от внешнего мира, когда люди вынуждены проводить вместе многие месяцы в ограниченном пространстве, человеческая психика подвергается серьезным испытаниям. Такие ситуации типичны не только для полярных станций, но и для будущих длительных космических миссий. Международная исследовательская группа из университетов Цюриха, Берна и Вюрцбурга провела уникальное наблюдение за членами команды на франко-итальянской станции Конкордия в Восточной Антарктиде, чтобы лучше понять эти процессы. В течение десяти месяцев, с февраля по ноябрь, ученые следили за 12 участниками зимовки. Специальные датчики, которые носили все члены экспедиции, фиксировали каждую встречу - когда она происходила, с кем именно и сколько длилась. Кроме того, исследователи регулярно собирали подробные анкеты о психологическом состоянии, межличностных отношениях и уровне производительности каждого участника. Это позволило создать объективную картину динамики команды в условиях крайней изоляции. ...>>

Смартфон Realme Realme 16T 5G 13.06.2026

Компания Realme представила модель Realme 16T 5G, которая выделяется впечатляющей емкостью батареи. Этот аппарат ориентирован на тех, кому нужна надежная работа в течение нескольких дней без подзарядки, при этом сохраняя компактные габариты и современные характеристики среднего сегмента. Главной особенностью новинки стал аккумулятор емкостью 8000 мАч, который, по заявлениям производителя, способен обеспечить до трех дней автономной работы при умеренном использовании. Несмотря на такой массивный источник питания, инженерам удалось удержать толщину корпуса менее 9 миллиметров, а общий вес устройства составляет всего 224 грамма. Это делает смартфон удобным для длительного ношения, не жертвуя мобильностью. Экран Realme 16T 5G представляет собой 6,8-дюймовую LCD-панель с высокой частотой обновления 144 Гц и пиковой яркостью до 1200 нит. Такая комбинация обеспечивает плавную картинку в динамичных сценах и хорошую видимость даже при ярком освещении. За производительность отвечает процес ...>>

Аутисты более взвешены и рациональны 12.06.2026

Человеческий мозг постоянно сталкивается с необходимостью принимать решения в условиях неопределенности и обилия информации. Однако часто мы поддаемся когнитивным искажениям, связывая успех или неудачу со случайными факторами. Новое исследование ученых из Университета Бар-Илан в Израиле показало, что люди с аутизмом демонстрируют заметное преимущество в этом отношении: они реже отвлекаются на ментальный шум и точнее определяют реальные причины событий, что позволяет им делать более рациональный выбор. В ходе эксперимента участникам предлагалось выбирать на экране абстрактные фигуры, чтобы получить вознаграждение. Сами фигуры имели реальное значение для успеха, в то время как их положение на экране - слева или справа - постоянно менялось случайным образом и не влияло на результат. Несмотря на предупреждения, большинство нейротипичных людей подсознательно начинали ассоциировать удачу с местоположением фигуры, формируя ложные причинно-следственные связи. Такой феномен психологи называю ...>>

Случайная новость из Архива Распознавание наркотиков по отпечаткам пальцев 22.04.2024 Идентификация преступников и выявление следов их преступной деятельности - это основополагающий аспект работы правоохранительных органов. Ученые-криминалисты постоянно разрабатывают новые методы для улучшения этого процесса. Недавние исследования привели к созданию инновационного метода определения употребления наркотиков и контакта с взрывчатыми веществами по отпечаткам пальцев. Ученые-криминалисты разработали метод, который позволяет определить употребление человеком наркотиков и контакт с взрывчатыми веществами по отпечаткам пальцев. Этот подход открывает новые возможности в области криминалистики, улучшая возможности правоохранительных органов в выявлении и пресечении преступлений. Исследователи сначала создали отпечатки пальцев, используя пластиковые перчатки, чтобы избежать контакта с опасными веществами. Затем, надев перчатки наружу, они взяли в руки таблетки снотворного средства золпидема, популярного среди преступников. После нанесения отпечатков на различные поверхности ученые сняли их обычным способом и проанализировали методом масс-спектрометрии. Новый метод дал впечатляющие результаты: золпидем был обнаружен во всех восьми случаях из восьми, что свидетельствует о высокой эффективности метода и его потенциальной применимости в криминалистике. Разработанный учеными метод распознавания наркотиков по отпечаткам пальцев представляет собой важное достижение в области криминалистики. Этот подход может значительно улучшить возможности правоохранительных органов в выявлении преступлений, связанных с употреблением наркотиков и контактом с взрывчатыми веществами.

Смотрите полный Архив новостей науки и техники, новинок электроники

www.diagram.com.ua
2000-2026