Керамические батареи: менее дорогие и долговечные, чем литиевые, но…
Исследователи из Венского технологического университета разработали кислородно-ионный аккумулятор на основе керамических материалов, который имеет более длительный срок службы, чем литий-ионные аккумуляторы.
Новая батарея поддается регенерации и не требует редких элементов, что делает ее идеальным решением для больших систем накопления энергии.
Хотя плотность энергии аккумулятора ниже, чем у литий-ионных аккумуляторов, его сильными сторонами являются долгий срок службы и тот факт, что он негорюч.
Ученые из Венского технологического университета изобрели новую химию кислородно-ионного аккумулятора на основе керамических материалов. В случае деградации он может быть регенерирован, поэтому потенциально имеет чрезвычайно долгий срок службы. Он также не требует редких элементов и негорюч. Для больших систем хранения энергии это может быть оптимальным решением.
Литий-ионные аккумуляторы сегодня очень популярны, от электромобилей до смартфонов. Но это не означает, что они являются лучшим решением для всех областей применения. TU Wien удалось разработать ионно-кислородный аккумулятор, который имеет ряд важных преимуществ. Хотя он не позволяет получить такую высокую плотность энергии, как литий-ионные аккумуляторы, его емкость не уменьшается со временем непоправимо: он может быть регенерирован и, следовательно, может обеспечить чрезвычайно долгий срок службы.
Кроме того, кислородно-ионные аккумуляторы могут изготавливаться без использования редких элементов и изготавливаться из негорючих материалов. Заявка на патент на новую идею батареи уже подана совместно с испанскими партнерами. Ионно-кислородная батарея может стать отличным решением для больших систем накопления энергии, например, для хранения электроэнергии из возобновляемых источников.
В журнале Advanced Energy Materials опубликована статья с описанием исследования «Оксиионные аккумуляторные батареи на основе оксидных электродов со смешанной проводимостью».
Александр Шмид из Института химических и аналитических технологий TU Wien сказал: «У нас есть большой опыт работы с керамическими материалами, которые можно использовать в топливных элементах в течение длительного времени. Это натолкнуло нас на мысль исследовать, могут ли эти материалы также подойти для производства батареи».
Керамические материалы, изученные командой TU Wien, могут поглощать и выделять дважды отрицательно заряженные ионы кислорода. При приложении электрического напряжения ионы кислорода мигрируют из одного керамического материала в другой, после чего они могут снова мигрировать, генерируя электрический ток.
Профессор Юрген Флейг объяснил: «Основной принцип очень похож на принцип работы литий-ионной батареи. Но у наших материалов есть несколько важных преимуществ».
Керамика негорючая, поэтому пожары, которые часто случаются с литий-ионными аккумуляторами, практически исключены. Также нет необходимости в редких элементах, которые дороги или могут быть добыты только экологически вредным способом.
Тобиас Хубер расширил объяснение: «В этом отношении использование керамических материалов является большим преимуществом, поскольку их можно очень хорошо адаптировать. Вы можете заменить некоторые труднодоступные предметы относительно легкими».
В прототипе батареи все еще используется лантан, элемент, который не то чтобы редкий, но и не совсем распространенный. Но и лантан нужно заменить чем-то более дешевым, и исследования в этом направлении уже ведутся. Кобальт или никель, которые используются во многих батареях, не будут использоваться вообще.
Наиболее важным преимуществом новой аккумуляторной технологии является ее потенциальная долговечность. «У многих аккумуляторов есть проблема, заключающаяся в том, что в какой-то момент носители заряда перестают двигаться», — сказал Александр Шмид. «Затем их уже нельзя использовать для выработки электроэнергии, емкость аккумуляторов снижается. После многих циклов зарядки это может стать серьезной проблемой». С другой стороны, кислородно-ионная батарея может быть регенерирована без каких-либо проблем: если кислород теряется из-за побочных реакций, эту потерю можно просто компенсировать атмосферным кислородом.
Новая концепция аккумуляторов не предназначена для смартфонов или электромобилей, потому что кислородно-ионный аккумулятор обеспечивает только около трети плотности энергии, к которой вы привыкли с литий-ионными аккумуляторами, и работает при температурах от 200 до 400°C. технология чрезвычайно интересна для хранения энергии. Александр Шмид говорит об этом так: « Если вам нужен большой аккумулятор энергии для временного хранения, например, солнечной или ветровой энергии, кислородно-ионный аккумулятор может стать отличным решением. Если вы строите целое здание, заполненное модулями накопления энергии, меньшая плотность энергии и повышенная рабочая температура не играют решающей роли. Но особенно важны в этом случае были бы сильные стороны нашей батареи: длительный срок службы, возможность производства больших количеств этих материалов без редких элементов и тот факт, что с этими батареями отсутствует пожароопасность. ”
Итак, литий имеет более высокую плотность заряда, но в то же время живет гораздо меньше и стоит гораздо дороже, чем те, что с ионами кислорода. Таким образом, для некоторых применений они могут быть сразу конкурентоспособными, не считая того, что исследования могут со временем улучшить плотность и снизить температуру использования этой технологии. Безусловно, необходимость достижения высоких температур является проблемой, но не непреодолимой для современной техники.
Благодаря нашему Telegram-каналу вы можете быть в курсе публикации новых статей из журнала «Экономические сценарии».
Статья «Керамические батареи: менее дорогие и долговечные, чем литиевые, но…» опубликована в Scenari Economici .
Это автоматический перевод публикации, опубликованной в журнале Scenari Economici по адресу https://scenarieconomici.it/batterie-ceramiche-meno-costose-e-piu-durature-del-litio-ma/ в Wed, 05 Apr 2023 19:27:24 +0000.