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:

Ритм сердца влияет на восприятие и чувства 08.03.2026

Связь между сердцем и мозгом выходит далеко за пределы привычного представления о том, что сердце просто качает кровь. Новые исследования показывают, что сердечный ритм способен прямо влиять на восприятие внешнего мира и на эмоциональное состояние человека, открывая уникальный диалог между физиологией и сознанием. Работа сердца делится на две основные фазы: систолу и диастолу. Во время систолы сердечная мышца сокращается и выталкивает кровь в сосуды, а при диастоле сердце расслабляется, позволяя крови вернуться внутрь. Хотя мозг не управляет каждой конкретной фазой сокращений, он регулирует частоту сердечных сокращений в зависимости от состояния организма: в стрессовой ситуации пульс учащается, а в спокойном состоянии снижается. Однако взаимодействие между сердцем и мозгом двустороннее: мозг реагирует на сигналы от сердца так же, как сердце откликается на команды мозга. Международная группа исследователей проанализировала мозговую активность в зависимости от сердечного цикла. Они ...>>

Молекулы ДНК как новые носители данных 08.03.2026

С ростом объемов цифровой информации ученые ищут новые методы хранения данных, способные сочетать высокую плотность, долговечность и энергоэффективность. Одним из самых перспективных направлений становится использование молекул ДНК - естественного носителя генетической информации, который способен сохранять данные в течение тысяч лет при подходящих условиях. Недавние исследования показывают, что ДНК может стать не только архивом, но и полноценным перезаписываемым носителем информации. Исследователи из Университета Миссури создали систему, позволяющую записывать, стирать и повторно записывать данные в молекулах ДНК. Ранее ДНК использовалась в основном для долговременного архивирования информации, что делало носитель одноразовым. Новый подход превращает молекулярный носитель в полноценный цифровой накопитель с возможностью редактирования содержимого. Принцип работы устройства основан на естественном "языке" ДНК: в отличие от обычных компьютеров, где данные кодируются последовательн ...>>

Получение кислорода из лунного грунта 07.03.2026

Освоение Луны требует решения множества задач, связанных с обеспечением жизнедеятельности и функционированием оборудования в условиях ограниченных ресурсов. Одной из ключевых проблем является доставка кислорода с Земли, что значительно увеличивает стоимость и сложность космических миссий. Новые технологии позволяют получать кислород непосредственно на поверхности Луны, открывая путь к автономным и долговременным экспедициям. В центре исследований NASA находится метод извлечения кислорода из лунного реголита - рыхлого слоя измельченных пород, покрывающего поверхность спутника. Реголит содержит значительное количество окислов, включая окись железа и диоксид кремния, которые являются потенциальным источником кислорода. По оценкам специалистов, до 40% массы реголита приходится на химически связанный кислород. Ключевым элементом технологии является электролиз расплавленного реголита. Процесс предполагает пропускание электрического тока через сильно нагретый материал, что приводит к вы ...>>

Летающая электростанция S2000 07.03.2026

Развитие возобновляемой энергетики заставляет инженеров искать новые способы использования природных ресурсов. Одним из самых перспективных направлений остается ветровая энергия, однако традиционные наземные турбины имеют ряд ограничений. Их мощность зависит от условий у поверхности земли, а для установки таких установок требуется значительное пространство. Поэтому исследователи все чаще обращают внимание на более высокие слои атмосферы, где воздушные потоки значительно сильнее и стабильнее. Именно эту идею воплощает экспериментальная система S2000 - первая в мире летающая электростанция, предназначенная для выработки электроэнергии на большой высоте. Недавно в китайской провинции Сычуань был зафиксирован подъем необычного аппарата, внешне напоминающего дирижабль из научно-фантастических фильмов. На самом деле это высокотехнологичная энергетическая установка, способная улавливать энергию ветра примерно на высоте двух километров. Испытания проводились в городе Ибинь. Там инженеры ...>>

Газированная вода помогает поддерживать концентрацию геймеров 06.03.2026

Современный киберспорт требует от игроков не только быстрой реакции, но и способности долго сохранять высокий уровень концентрации. Во время продолжительных игровых сессий мозг испытывает значительную когнитивную нагрузку, что со временем приводит к утомлению и снижению точности принимаемых решений. Поэтому исследователи все чаще изучают способы поддержания внимания без использования сильных стимуляторов, таких как кофеин или сахар. Как выяснила команда ученызх в составе Шиона Такахаши, Ватара Косуги, Сейичи Мизуно и Такаши Мацуи, неожиданным помощником в поддержании концентрации может оказаться обычная несладкая газированная вода. Результаты их исследования показали, что сильно карбонизированная вода способна помогать геймерам сохранять ментальный фокус во время длительных игровых сессий. Примерно через три часа непрерывной игры у многих участников начинает проявляться так называемая когнитивная усталость. Она выражается в замедлении реакции, снижении точности решений и общем ос ...>>

Случайная новость из Архива Микроконтронтроллерная плата Raspberry Pi Pico 28.01.2021 Raspberry Pi Foundation, широко известная своими одноплатными микрокомпьютерами Raspberry Pi в кругу инженеров и энтузиастов электроники, представила свою первую микроконтронтроллерную плату под названием Raspberry Pi Pico. Теперь это самая доступная плата в ассортименте Raspberry Pi - ее цена в США составляет всего 4 доллара (113 гривен). Raspberry Pi Pico можно считать ответом на конкурирующие микроконтроллеры Arduino Nano для домашних DIY-гаджетов. Основа платы Raspberry Pi Pico - новый микроконтроллер собственной разработки RP2040. Главные цели, которые преследовались при его разработке, - высокая производительность, особенно для целочисленных вычислениях, широкие возможности подключения внешних устройств и низкая цена. В итоге получился крошечный "кристалл" площадью два квадратных миллиметра в корпусе типа QFN-56 размерами 7х7 мм.‎ Размеры самой же платы Raspberry Pi Pico составляют 51х21 мм. Технические характеристики микроконтроллера RP2040: двухъядерный процессор ARM Cortex-M0+ с базовой тактовой частотой 48 МГц и возможностью повышения до 133 МГц; 264 КБ памяти SRAM; поддержка до 16 МБ внешней флэш-памяти через шину QSPI; контроллер DMA; интерполятор и периферийные устройства целочисленного делителя; 30 линий GPIO для подключения внешних устройств, четыре из которых выделены под аналоговый вход; контроллеры UART (х2), I2C (х2) и SPI (х2); 16 каналов PWM; контроллер USB 1.1(клиент и хост с поддержкой загрузки с накопителей в формате UF2); 8 контактов PIO (Programmable I/O state machines) для подключения фирменной периферии. Возможностей микроконтроллера достаточно для выполнения приложений, предназначенных для обработки задач машинного обучения. Для их разработки подготовлен порт фреймворка TensorFlow Lite. Для создания приложений может использоваться язык С, C++ или MicroPython, записывать их можно через Micro USB.

Смотрите полный Архив новостей науки и техники, новинок электроники

www.diagram.com.ua
2000-2026