Открыты новые формы для хранения энергии: почему это важно

Разработка новых углеродных материалов из отходов нефтяной промышленности позволяет создавать более доступные натрий-ионные аккумуляторы. Это может изменить рынок электроэнергии и снизить зависимость от лития.

Конусные и дисковые углеродные структуры открывают перспективы развития натрий-ионных аккумуляторов.

Источник: Unsplash

По мере роста мирового спроса на электромобили и возобновляемую энергетику увеличивается необходимость в доступных и экологичных аккумуляторных технологиях. Недавно было представлено новое перспективное решение, способное изменить подходы к электрохимическому хранению энергии. Исследование проводилось коллективом ученых из Университета Райса, специализирующихся на материаловедении и наноинженерии, вместе с коллегами, пишет Tech Xplore.

Ученые использовали побочные продукты нефтяной отрасли для разработки уникальных форм углеродных материалов — миниатюрных конусов и дисков с идеальной графитовой структурой. Полученные материалы позволяют преодолеть ключевую трудность в создании бюджетных и эффективных батарей: как хранить энергию с такими элементами, как натрий и калий, которые намного дешевле и более широко доступны, чем литий.

Современные литий-ионные аккумуляторы традиционно применяют графит в качестве анодного компонента. Тем не менее эта же графитовая структура неэффективна для натриевых и калиевых ионов, чьи атомы слишком велики, чтобы проникнуть между слоями графита и обеспечить надежное хранение энергии. Ученым удалось обойти этот барьер благодаря изменению геометрии углеродных частиц на микроуровне. Новые формы в виде конусов и дисков обеспечивают необходимую кривизну и пространство, позволяющие свободно внедрять ионы натрия и калия без дополнительного химического допинга или модификации.

Ученый изучает прототип батареи.

Источник: Jeff Fitlow / Rice University

Лабораторные тесты показали, что углеродные конусы и диски способны удерживать примерно 230 миллиампер-часов на грамм (мА·ч/г), используя ионы натрия. При этом сохраняется емкость порядка 151 мА·ч/г спустя 2000 быстрых зарядных циклов. Испытания с калий-ионными батареями также оказались успешными, хотя показатели емкости уступают результатам с натрием.

Открытие имеет большое значение. Оно прокладывает дорогу к созданию недорогих натрий-ионных аккумуляторов. Так как углеродные конусы и диски могут производиться из отходов нефтепромышленности, такая технология является экологически предпочтительным способом изготовления анодных компонентов для батарей будущего.

Тем временем в России изучили способ «починки» испорченных генов.