Многие электромобили (EV) питаются от перезаряжаемых литий-ионных батарей, но со временем они могут терять энергию и мощность. При определенных условиях такие аккумуляторы также могут перегреваться во время работы или зарядки, что также может снизить срок службы аккумулятора и сократить количество миль на зарядку.
Чтобы решить эти проблемы, Ноттингемский университет сотрудничает с шестью научно-исследовательскими институтами по всему Китаю, чтобы разработать инновационный и доступный накопитель энергии с комбинированными характеристиками твердооксидного топливного элемента и металл-воздушной батареи.
Новый аккумулятор может значительно расширить диапазон электромобилей, будучи полностью перерабатываемым, экологически чистым, недорогим и безопасным.
Твердооксидный топливный элемент преобразует водород и кислород в электричество в результате химической реакции. Хотя они очень эффективны при извлечении энергии из топлива, долговечны, дешевы и экологически безопасны в производстве, они не подзаряжаются. Между тем, металл-воздушные батареи представляют собой электрохимические элементы, в которых для выработки электроэнергии используется дешевый металл, такой как железо, и кислород, присутствующий в воздухе.
Во время зарядки они выделяют в атмосферу только кислород. Хотя эти высокоэнергетические и плотные батареи не очень прочные, они являются перезаряжаемыми и могут хранить и разряжать столько же электроэнергии, сколько литий-ионные батареи, но гораздо безопаснее и дешевле.
На ранних этапах исследований группа исследователей изучала высокотемпературную конструкцию железо-воздушной батареи, в которой в качестве электролита, активируемого теплом, для обеспечения электропроводности использовалась расплавленная соль. Дешевые и легковоспламеняющиеся расплавленные соли обеспечивают аккумулятору впечатляющие возможности по хранению энергии и мощности, а также длительный жизненный цикл.
Однако расплавленные соли также обладают неблагоприятными характеристиками. Руководитель исследования Ноттингемского университета профессор Джордж Чен сказал: «В условиях сильной жары расплавленная соль может быть агрессивно коррозионной, летучей и испаряться или протекать, что ставит под сомнение безопасность и стабильность конструкции батареи. Возникла острая необходимость в точной настройке этих характеристик электролита для повышения производительности аккумулятора и возможности его использования в будущем в электротранспорте."
Теперь исследователи успешно улучшили технологию, превратив расплавленную соль в мягкую твердую соль, используя нанопорошки твердых оксидов. Профессор Цзяньцян Ван из Шанхайского института прикладной физики Китайской академии наук, который возглавляет этот совместный проект, предсказал, что этот квазитвердотельный (QSS) электролит подходит для металло-воздушных батарей, работающих при 800 ºC; поскольку он подавляет испарение и текучесть расплавленных солей, которые могут возникать при таких высоких рабочих температурах.
Сотрудник проекта доктор Ченг Пэн, также из Шанхайского института прикладной физики Китайской академии наук, объясняет уникальный и полезный аспект дизайна этого экспериментального исследования.
Квазизвердевание было достигнуто с помощью нанотехнологии для создания гибко связанной сети твердых оксидных частиц, которые действуют как структурный барьер, блокирующий расплавленные солевые электролиты, при этом позволяя им безопасно проводить электричество в условиях сильной жары.
Профессор Чен, возглавляющий лабораторию электролиза расплавленных солей в Ноттингеме, надеется, что «обнадеживающие результаты» команды помогут выработать более простой и эффективный подход к разработке недорогих и высокопроизводительных батарей на основе расплавов солей и воздуха с металлом, обладающих высокой стабильностью и эффективностью. безопасность.
Он добавляет: «Модифицированная железо-кислородная батарея с расплавом солей имеет большой потенциал применения на новых рынках, включая электротранспорт и возобновляемые источники энергии, которые требуют инновационных решений для хранения в наших домах и на уровне энергосистемы.
Батарея также в принципе способна накапливать солнечное тепло, а также электричество, что очень желательно как для бытовых, так и для промышленных нужд. Расплавленные соли в настоящее время широко используются в Испании и Китае для улавливания и хранения солнечного тепла, которое затем преобразуется в электричество – наша воздушно-металлическая батарея с расплавленной солью выполняет две функции в одном устройстве."