211service.com
Lažybos dėl metalo-oro akumuliatoriaus proveržio
Arizonos valstijos universiteto padalinys teigia, kad gali sukurti metalo-oro bateriją, kuri žymiai pranoksta geriausias rinkoje esančias ličio jonų baterijas, ir dabar ji turi lėšų, reikalingų tai įrodyti.
Skysta druska: Šiame paveikslėlyje pavaizduoti joniniai skysčiai (mėlynos spalvos rutuliukai) mineralinės alyvos stiklinėje.
JAV energetikos departamentas praėjusią savaitę skyrė 5,13 mln. Skysčių energija siekiant sukurti metalo-oro bateriją, kurios elektrolitą naudoja joniniai skysčiai, o ne vandeninis tirpalas.
Bendrovė siekia sukurti metalo ir oro jonų skysčio akumuliatorių, kurio energijos tankis būtų iki 11 kartų didesnis nei geriausių ličio jonų technologijų už mažiau nei trečdalį sąnaudų. Cody Friesen , Arizonos valstijos medžiagų mokslo profesorius ir „Fluidic Energy“ įkūrėjas, teigia, kad joninių skysčių naudojimas padeda įveikti daugelį problemų, kurios anksčiau trukdė metalo ir oro akumuliatoriams. Neteigiu, kad dar turime, bet jei mums pasiseks, tai tikrai pakeis mūsų požiūrį į saugyklą, sako Friesenas, pavadintas vienu iš Technologijų apžvalga geriausi novatoriai iki 35 metų 2009 m.
Metalo-oro baterijos, tokios kaip cinkanodas, paprastai priklauso nuo vandens pagrindu pagamintų elektrolitų. Deguonis iš aplinkos oro įsiurbiamas per porėtą oro elektrodą (-katodą) ir, susilietus su elektrolitu, gamina hidroksilo jonus. Šie jonai pasiekia anodą ir pradeda oksiduoti cinką – tai reakcija, kuri gamina srovę išleidžiant elektronus.
Tačiau, kaip ir bet kuris vandeninis tirpalas, vanduo elektrolite gali išgaruoti, todėl akumuliatoriai per anksti sugenda. Vanduo taip pat turi santykinai žemą elektrocheminį langą, tai reiškia, kad jis pradės irti, kai elementas viršys 1,23 volto. Tai buvo dvi problemos, kurias JAV oro pajėgų akademijos tyrėjai pradėjo spręsti maždaug prieš 25 metus. Devintojo dešimtmečio pradžioje jie eksperimentavo su joniniais skysčiais – druskomis, kurios kambario temperatūroje yra skystos ir kurios dažnai gali išlikti skystos esant minusinei temperatūrai arba aukštesnei nei vandens virimo temperatūrai.
Jie yra stebuklingi skysčiai. Jie yra nuostabūs, sako Džonas Vilksas , joninių skysčių ekspertas, vadovaujantis akademijos chemijos skyriui. Jei pažvelgsite į šiuos skysčius butelyje, jie atrodo kaip vanduo, išskyrus tai, kad yra klampūs. Jie nėra lakūs, neišgaruoja, yra fiziškai stabilūs ir gana gerai praleidžia elektrą.
Friesenas, kurio Arizonos valstijos tyrimų grupė pastaruosius kelerius metus eksperimentavo su įvairiais joniniais skysčiais, teigia, kad metalo-oro akumuliatorius, kurio elektrolitas naudoja joninį skystį, ne tik veikia žymiai ilgiau, nes išdžiūvimas nebėra problema, bet ir gauna didelį energijos tankio padidėjimą. Šie skysčiai turi iki penkių voltų elektrocheminio stabilumo langus, todėl leidžia patekti į daug energijos tankesnius metalus nei cinkas. Jis sako, kad DOE finansuojamame projekte jo tyrimų grupė sieks bent 900 vatvalandžių vienam kilogramui ir iki 1600 vatvalandžių vienam kilogramui energijos tankio.
Joninių skysčių problema yra ta, kad jie vis dar gaminami mažais kiekiais, todėl jie yra brangūs, palyginti su daugeliu kitų tirpiklių, naudojamų druskoms tirpinti. Tačiau kai kurie žmonės dabar gamina joninius skysčius iš dalykų, kurie jau žinomi ir gaminami dideliais kiekiais, pavyzdžiui, ploviklių, sako Wilkesas.
Robinas Rodžersas , Alabamos universiteto chemijos profesorius, teigia, kad iššūkis yra rasti prekinius joninius skysčius, turinčius tinkamą savybių rinkinį, galintį visiškai pakeisti metalo ir oro baterijų ekonominę lygtį. Tai nėra neįmanoma, sako jis. Žiūriu į joninius skysčius ir sakau, ženk žingsnį atgal, nes reikia daryti visai kitaip.
Friesenas sumenkina susirūpinimą dėl išlaidų, nurodydamas, kad skysčiai tampa gana ekonomiški, kai gaminami dideliais kiekiais. Tačiau jis yra atsargus ir per daug nepasakoja apie joninius skysčius, kuriuos sukūrė jo komanda, ir atskleidžia tik tai, kad yra keletas pretendentų, kurie, atrodo, veikia gerai.
Friesenas taip pat yra atsargus kalbėdamas apie kitą pagrindinį Fluidic Energy tyrimų komponentą: metalo elektrodo struktūrą, kuri įveikia dendrito susidarymo problemą. Šios į šaką panašios struktūros gali augti, pavyzdžiui, ant cinko elektrodo ir sukelti metalo-oro akumuliatoriaus trumpąjį jungimą. Dendritas susidaro įkraunamose baterijose, kai cheminės reakcijos yra atvirkštinės, o tai riboja įkrovimo ciklų skaičių. „Fluidic Energy“ sukūrė daugiarūšio poringumo elektrodų pastolius, o tai reiškia, kad jo porų dydis gali siekti net 10 nanometrų. Pastoliai supa metalą, šiuo atveju cinką, ir gali užkirsti kelią dendritams, kurie susidaro įkrovimo metu.
Galimybė pašalinti garavimą, padidinti įtampą ir pašalinti dendritus, dabar dirbame siekdami perkelti jį į kitą lygį, sako Friesen. Kalbama apie viską, ką padarėme per pastaruosius ketverius metus, ir panaudoti šį darbą į bateriją, kuri atrodo ir atrodo kaip ličio baterija, tačiau kurios energijos tankis yra daug didesnis.
Tai reikštų, kad energijos kaupimas nebebus ribojantis veiksnys naudojant atsinaujinančią energiją, o elektra varomų transporto priemonių, kurios vienu įkrovimu galėtų nuvažiuoti 400–500 mylių, kaina yra šiek tiek didesnė už švino rūgšties akumuliatorius.