Аккумуляторы будущего: литий или фтор?
Ученые из Honda Research Institute, Калифорнийского технологического института (Caltech) и Лаборатории реактивного движения при NASA (Jet Propulsion Laboratory) заявили о том, что разработали фторидную батарею, которая может хранить в десять раз больше энергии, чем современные литий-ионные элементы. Соответствующая научная работа была опубликована на сайте журнала Science в начале декабря. Также команда разработчиков уже продемонстрировала первые опытные образцы.
Главный научный сотрудник исследовательского института компании Honda и соавтор научной работы в Science Кристофер Брукс (Christopher Brooks) подчеркивает, что в отличие от литий-ионных аккумуляторов фторид-ионные элементы не несут повышенных эксплуатационных рисков в случае их перегрева. Помимо прочего, получение исходных материалов для них оказывает значительно меньшее негативное воздействие на окружающую среду, чем добыча лития и кобальта, из которых делается большая часть современных аккумуляторов.
Новый тип батареи, по мнению создателей, должен стать достойной альтернативой литий-ионным и никель-металлгидридным аккумуляторам, которые ограничены свойствами собственных электродов. Из-за низкой атомной массы фтора перезаряжаемые батареи на его основе могут иметь очень высокую плотность энергии, до 10 раз больше теоретического предела, которого могут достигнуть литий-ионные технологии.
Основной проблемой фторид-ионных батарей является необходимость в поддержании высокой рабочей температуры. На сегодняшний день твердотельная фторид-ионная батарея может работать только при температуре выше 150 градусов по Цельсию.
Но способ преодолеть это ограничение все же был найден. Этот прорыв стал возможным за счет химически стабильного жидкого фторид-проводящего электролита с высокой ионной проводимостью и широким диапазоном рабочих напряжений. Ученые разработали электролит с использованием солей фторидов тетраалкиламмония, растворенных в органическом, фторированном эфирном растворителе. В сочетании с композитным катодом из наноструктуры на базе меди, лантана и фтора ученым удалось создать нужные условия для обратимого электрохимического циклирования при комнатной температуре.
В будущем новый тип аккумуляторов может использоваться в электромобилях, а также как замена литий-ионным батареям в любых других устройствах, считают разработчики. Стоит отметить, что различные концепты фторидных аккумуляторов разрабатывались другими группами ученых и ранее, но обычно этим дело и заканчивалось. В случае с Honda есть надежда, что все будет иначе.