Фторид ионные аккумуляторы последние новости

Конец Li-Ion. Фторидные аккумуляторы в 10 раз лучше

При той же конструкции аккумулятора фториды металлов могут заменить дорогостоящий химически активный литий. Фторсодержащий электролит, металлический анод и металл-фторидный катод позволяют достичь гораздо большей емкости и более высокого уровня безопасности.

Принцип работы фторид-ионного аккумулятора: фторсодержащий электролит отделяет металлический анод от металл-фторидного катода

В новом аккумуляторе заряд переносится не катионом лития, а анионом фторида. При этом на катоде и аноде образуются и распадаются фториды металлов. Поскольку на одном атоме металла можно перенести несколько электронов, новый аккумулятор обладает чрезвычайно высокой плотностью энергии — до десяти раз большей, чем у обычных литий-ионных аккумуляторов.

Реакция высокоэлектроотрицательного фтора с металлом приводит к образованию фторидов металлов, что сопровождается большим изменением свободной энергии и, следовательно, появлением высокого напряжения. Подобрав соответствующие металл и фторид металла, можно получить аккумулятор высокого напряжения, что очень актуально для электромобилей, вынужденных пользоваться литий-ионными батареями малого напряжения и низкой плотности энергии. Существуют несколько проектов по созданию батарей с высоким напряжением, в основном, химических, но им далеко по цене и удобству до литий-ионных. В перспективе фторид-ионный аккумулятор может воплотить в себе все достоинства литий-ионного аккумулятора, но избавится от его недостатков, что сулит настоящий прорыв в технике.

Технология, разработанная немецкими учеными, очень перспективна. В настоящее время они работают над совершенствованием материалов и архитектуры батареи для повышения начальной емкости и циклической стабильности фторид-ионного аккумулятора. Также предстоит решить еще одну проблему: текущий прототип работает с твердым электролитом при высоких температурах. Так что предстоит найти подходящий жидкий электролит, который подходит для использования нового аккумулятора при комнатной температуре.

Источник

Что тормозит появление невероятных фторид-ионных аккумуляторов

Инженеры из NASA и Honda создали фторид-ионные аккумуляторы, которые могут хранить в 10 раз больше энергии и не взорвутся внутри вашего смартфона.

Современные литий-ионные аккумуляторы применяются повсеместно, от смартфонов до электромобилей. Дешевые и удобные, эти батареи все же имеют ряд недостатков. Самые существенные – это, конечно, ограниченная емкость хранения заряда и воздействие на окружающую среду. Команда исследователей из Лаборатории реактивных технологий NASA и специалисты из Honda заявили, что нашли способ исправить это обстоятельство. Они разработали фторидную батарею, которая может обеспечить удельную плотность энергии, в десять раз превышающую аналогичную для литий-ионных аккумуляторов – и к тому же требует меньше ресурсов для производства

Как сообщают сами ученые, новый тип батарей как концепт был разработан некоторое время назад, но с одним существенным минусом: для работы такого аккумулятора требовалась температура хорошо разогретой духовки (примерно 160 градусов Цельсия). Однако новая модель способна вырабатывать энергию при комнатной температуре – и при этом она не взрывается, как ее аналог.

«В отличие от литий-ионных, фторид-ионные аккумуляторы не так опасны в случае перегрева, а добыча материалов для их создания меньше влияет на экологию», поясняет Кристофер Брукс, исследователь Honda Research Institute и соавтор статьи. Впрочем, даже сами создатели отмечают, что внедрение современных аккумуляторных технологий на рынок всегда сопряжено с рядом трудностей – как инженерного, так и бюрократического характера. Инженеры надеются, что новый продукт поступит на рынок в обозримом будущем и постепенно вытеснит литий-ионные батареи.

Источник

Создан «вечный» аккумулятор, который можно заряжать раз в неделю

Литий больше не нужен

Группа ученых из Калифорнийского технологического университета под руководством лауреата Нобелевской премии 2005 г. по химии Роберта Граббса (Robert Grabbs) разработали новый вид аккумуляторных батарей, в которых в качестве основного вещества используется не литий, а фторид (химическое соединение фтора с другими элементами). По словам ученых, использование этого материала в мобильных аккумуляторах позволит заряжать смартфоны в восемь раз реже, чем сейчас. Результаты своих исследований они отразили в статье, опубликованной в журнале Science.

В современных литий-ионных АКБ, применяемых в портативной электронике, в качестве так называемого «химического поршня» для проведения электрического заряда через контур используются положительно заряженные катионы лития Li2+. Когда аккумулятор полностью заряжен, катионы находятся в аноде и при подключении нагрузки (при включении смартфона, к примеру) начинают перетекать в анод, тем самым генерируя электрический ток. Это классический принцип работы элементов питания на литии, но Роберт Граббс с командой ученых пошли совсем другим путем.

Новые старые технологии

Химик Граббс в своей работе использовал достижения ученых, еще в 1970-х годах доказавших, что «химический поршень» может работать в обратном направлении – нужно лишь использовать отрицательно заряженные ионы, в том числе ионы фтора (F-). Но на тот момент этот процесс происходил только при нагреве аккумуляторных батарей до 150 градусов Цельсия, что делало технологию неприменимой в потребительской электронике.

Роберт Граббс нашел способ обхода этого ограничения: он разработал вещество, растворяющее электролит и позволяющее анионам (отрицательно заряженным ионам) фтора смешиваться с электронами при комнатной температуре.

Технология за авторством Граббса и его коллег пока находится на ранней стадии разработки, и о серийном производстве аккумуляторов нового типа речь не идет. Тем не менее, ученые подчеркивают высокую степень значимости их работы для дальнейшего развития элементов питания мобильных устройств. К основным преимуществам АКБ на основе фторида ученые отнесли, помимо длительного удержания заряда, еще долговечность и надежность, что указывает на замедленные процессы деградации по сравнению с литий-ионными батареями и на низкую вероятность воспламенения при деформации или механическом воздействии. Для элементов питания мобильных устройств это очень важно – напомним, что всего два года назад компания Samsung выпустила смартфон Galaxy Note 7, ставший самым опасным за всю историю мобильных средств связи – его литиевый аккумулятор содержал заводской дефект, приводивший к спонтанным возгораниям или даже взрывам. Существуют официально зафиксированные случаи получения травм и материального ущерба от сгоревшего Note 7.

Альтернатива фторидным аккумуляторам

Роберт Граббс – не единственный, кто стремится сделать аккумуляторы надежнее и долговечнее. В этом направлении работают многие крупные компании: к примеру, Microsoft в 2015 г. разработала прототип программно-конфигурируемой системы аккумуляторов, в состав которой входили несколько небольших АКБ, каждая из которых по своим химическим свойствам лучше подходит для решения той или иной задачи. Годом ранее ученые из США усовершенствовали традиционные литиевые батареи за счет своего рода защитного кожуха, окутывающего анод и представляющего собой сетку толщиной 20 нм из углеродных куполов. Решение позволило повысить надежность аккумуляторов и увеличить их емкость.

Но дальше всех зашли китайцы – пока весь остальной мир разрабатывает технологии, они уже перешли непосредственно к производству элементов питания нового типа. Cтартап Qing Tao начал выпуск твердотельных аккумуляторов, по всем основным параметрам превосходящих литиевые. Они легче, у них более высокая плотность энергии, и они не так зависят от изменения температуры воздуха. В производство твердотельных АКБ китайцы уже вложили €126 млн.

Источник

Фторидные аккумуляторы для электромобилей мощнее литиевых

Их десятикратное превосходство в величине заряда против литий-ионного аналога является огромным преимуществом. Фторидные аккумуляторы будут созданы, но вопрос требует времени.

Фторидные аккумуляторы могут в будущем заменить литий-ионные источники питания

Очень заманчивые характеристики, и возникает вопрос, почему до сих пор такая конструкция источника питания не востребована. Все дело в особенностях прохождения процесса хранения заряда, а они пока не адаптируются к условиям использования батареи в электромобиле.

Что такое фторидные аккумуляторы

Это накопители электрической энергии, химический состав которых устроен на основе фторида (иона фтора). Он обладает максимальным минусовым зарядом по отношению к остальным элементам периодической системы. Это свойство дает фториду преимущество перед литием в части больших возможностей для накопления заряда электричества. Однако для этого должны быть созданы специальные условия, которые пока сложно обеспечить при использовании батареи в качестве источника питания для машин на электротяге.

В чем проблема

Она состоит в том, что для нормального функционирования и получения соответствующей отдачи от аккумулятора на фторидной основе необходим специальный температурный режим. Это означает, что процесс накопления, сохранения и выдачи заряда должен происходить при постоянном поддержании температуры химической среды около 150 о С.

Таковы теоретические требования, и эти условия существенно осложняют процесс применения в электромобиле батареи на основе фторида.

Есть ли решение

Над ним трудится группа специалистов из японской компании Honda, Калифорнийского технологического института (Caltech) и одного из подразделений NASA. И уже часть проблемы удалось решить. Путем исследований получен специальный состав электролита под названием BTFE. В этой жидкой среде оказалось возможным растворять фторид в условиях обычной комнатной температуры.

То есть удалось уйти от необходимости нагрева батареи, и добиться течения процесса зарядки и разрядки с получением требуемой эффективности. Изготовлен даже прототип такого источника питания. В состав его комплектующих компонентов входят лантан (металл серебристо-белого цвета), медь и фторид.

Разрабатываемые батареи могут иметь меньший размер, чем такие литий-ионные аналоги, но по мощности превосходить их

Исходя из этого перечня, разработчики утверждают, что фторидные аккумуляторы являются более безопасным с точки зрения экологии. По крайней мере, так получается в сравнении с литий-ионными батареями, ведь добыча лития и кобальта для них требует большого количества энергоносителей.

Следует отметить, что разрабатываемый источник питания более безопасен в эксплуатации. Он не перегревается при интенсивном использовании и поэтому не создает риска взрыва, чем существенно отличается от литиевой конструкции, склонной к этому.

Какие остались вопросы

Таких моментов имеется несколько. Во-первых: как повлияет отрицательная температура на работоспособность источника питания такой конструкции. К сожалению, изобретатели пока не отразили в своей информации этот вопрос.

Во-вторых, как показали опыты, в процессе работы электроды аккумулятора – катод и анод не могут сохранить свое существование. Они со временем растворяются в химическом составе электролита, и батарея практически перестает существовать.

Когда будет найдено решение этой проблемы, останется чисто практический аспект – от лабораторного результата перейти к серийному выпуску нового источника питания. Это означает, что нужно разработать технологию производства, которая должна обеспечить приемлемый экономический эффект.

Перспективы

Отсюда следует, что десятикратный прорыв в эффективности фторид-ионных аккумуляторных батарей для электромобиля не произойдет очень скоро. Однако надежда на прогресс в этом направлении однозначно есть, поскольку работы ведутся. Их стимулирует ожидаемый эффект, добившись которого фторидные аккумуляторы покроют все затраты и создадут совершенно новые возможности для электромобилей.

Автор: Сергей Морозов

Внимание! Эта статья защищена законом об авторском праве в цифровую эпоху (DMCA). Запрещено любое копирование без моего разрешения.

Источник

Что тормозит появление невероятных фторид-ионных аккумуляторов

Современные литий-ионные аккумуляторы применяются повсеместно, от смартфонов до электромобилей. Дешевые и удобные, эти батареи все же имеют ряд недостатков. Самые существенные – это, конечно, ограниченная емкость хранения заряда и воздействие на окружающую среду. Команда исследователей из Лаборатории реактивных технологий NASA и специалисты из Honda заявили, что нашли способ исправить это обстоятельство. Они разработали фторидную батарею, которая может обеспечить удельную плотность энергии, в десять раз превышающую аналогичную для литий-ионных аккумуляторов – и к тому же требует меньше ресурсов для производства

Как сообщают сами ученые, новый тип батарей как концепт был разработан некоторое время назад, но с одним существенным минусом: для работы такого аккумулятора требовалась температура хорошо разогретой духовки (примерно 160 градусов Цельсия). Однако новая модель способна вырабатывать энергию при комнатной температуре – и при этом она не взрывается, как ее аналог.

«В отличие от литий-ионных, фторид-ионные аккумуляторы не так опасны в случае перегрева, а добыча материалов для их создания меньше влияет на экологию», поясняет Кристофер Брукс, исследователь Honda Research Institute и соавтор статьи. Впрочем, даже сами создатели отмечают, что внедрение современных аккумуляторных технологий на рынок всегда сопряжено с рядом трудностей – как инженерного, так и бюрократического характера. Инженеры надеются, что новый продукт поступит на рынок в обозримом будущем и постепенно вытеснит литий-ионные батареи.

Источник