Разработан аккумулятор на основе безводных жидких электролитов

В Sandia National Laboratories (США) изобретены аккумуляторы на безводных жидких электролитах. Они представляют собой обратимые топливные элементы на базе соединений распространённых металлов, таких как медь и железо, с 2-этилгексаноатом и диэтаноламином. Разработка демонстрирует исключительные, ранее не достигавшиеся характеристики энергонакопления. Исследования по этому направлению возглавляет химик Трэвис Андерсон.

На базе окислительно-восстановительных обратимых топливных элементов (ОВОТЭ) его команде удалось добиться существенных результатов, применив принципиально новый подход. Вместо традиционных систем на растворах жидких солей металлов создан целый ряд новых безводных жидких смесей на базе переходных металлов, таких как медь, железо, марганец, кобальт, никель и ванадий. Разработчики называют их MetILs (transition-metal-based ionic liquid). Всего было испробовано около 200 безводных комбинаций катионов, анионов и лигандов на базе различных соединений.

При этом пять из них по электрохимической эффективности превосходят даже ферроцен, электрохимическая обратимость которого обычно берётся за эталон. «Вместо того чтобы растворять соль в растворителе, мы сделали соль, которая сама по себе является растворителем», — поясняет г-н Андерсон. И действительно, одна из самых перспективных смесей для ОВОТЭ — Cu(DEA)₆(EHN)₂ (где DEA — диэтаналомин, а EHN — 2-этилгексаноат) — состоит только из меди, 2-этилгексаноата и диэтаноламина.

Все эти компоненты куда доступнее, чем литий, используемый в самых эффективных современных аккумуляторах. В ходе проведённых экспериментов были получены результаты, втрое более высокие, нежели у ферроцена. В обычном электролите ток выделяется, если реакция идёт в одну сторону, а зарядка аккумулятора происходит, когда она поворачивается в другую. В новых веществах, MetLs, показатель обратимости реакции в несколько раз превышает лучшие из когда-либо достигнутых результатов. Изготовление нового типа электролитов относительно несложно: соли соответствующих металлов, из которых лучшие результаты пока демонстрирует медь, нагреваются (до комнатных температур) в присутствии определённых комбинаций лигандов, обычно — алифатических аминоспиртов.

При этом весь процесс малоэнергозатратен и широко масштабируем, его легко развернуть в промышленных условиях. Следует отметить, что концентрация активных металлов в новых электролитах может быть значительно выше, чем раньше: жидкие электролиты обладают очень высокой вязкостью, и перемешивание активных веществ, приводящее к снижению эффективности обычных аккумуляторов, здесь существенно снижено. По мнению Трэвиса Андерсона, уже сейчас понятно, что плотность запасания энергии в новых батареях будет по меньшей мере втрое выше, чем у лучших существующих аккумуляторов. Перспективы новых батарей высоко оцениваются как в промышленных накопителях, где с их помощью можно будет запасать не отличающуюся постоянством энергию ветра и солнца, так и в бортовых системах накопления электромобилей.

Подготовлено по материалам Sandia National Laboratories.

Слева направо: жидкости на основе меди, кобальта, марганца, железа, никеля и ванадия (здесь и ниже фото Randy Montoya / SandiaLabs).

Технолог Гарри Пратт и наиболее перспективный материал на основе меди.

Хочешь узнать больше - читай отзывы

science.compulenta.ru