Химики из КНР создали катод с рекордной плотностью энергии для тепловых батарей

Пост опубликован в блогах iXBT.com, его автор не имеет отношения к редакции iXBT.com
| Новость | Наука и космос

Исследовательская группа из Института технологического проектирования Китайской академии наук (IPE CAS) разработала метод подавления «челночного эффекта» в тепловых батареях. Решение, основанное на принципе ионного просеивания, позволило достичь рекордных показателей удельной энергии для этого класса устройств. Результаты работы опубликованы 4 января в научном журнале Advanced Science.

Художественная визуализация механизма «молекулярного сита»: углеродная оболочка блокирует крупные паразитные комплексы, но свободно пропускает ионы лития.
Автор: aistudio.google.com Источник: aistudio.google.com

Тепловые батареи (резервные источники тока, работающие при температурах 350-550 °C) часто используют фториды переходных металлов в качестве катодов из-за их высокого теоретического напряжения и термической стабильности. Однако практическое применение этих материалов ограничено серьезной проблемой: в процессе работы активное вещество растворяется в электролите и мигрирует, создавая так называемый «челночный эффект» (shuttle effect). Это приводит к потере активной массы, падению емкости и быстрому разрушению структуры батареи.

Для решения этой задачи команда под руководством профессоров Ван Сонга (Wang Song) и Чжу Юнпина (Zhu Yongping) предложила новую архитектуру катода. Ученые использовали концепцию селективного удержания ионов, создав вокруг частиц дифторида кобальта (CoF₂) углеродную оболочку на основе ковалентного органического каркаса (COF). Ключевая особенность этой оболочки — наличие однородных каналов субнанометрового размера (0,54 нм).

Иллюстрация селективной передачи ионов по размеру между электролитом и катодом, обеспечиваемой субнанопористым интерфейсом.
Автор: Image by XU Mengfan Источник: english.cas.cn

Термодинамический анализ показал, что причиной миграции активного материала является образование крупных комплексов CoCl₄²⁻ в результате анионного обмена с электролитом. Разработанная оболочка работает как молекулярное сито: она блокирует диффузию массивных комплексов CoCl₄²⁻, но свободно пропускает компактные ионы лития (Li⁺), необходимые для реакции. Структура композита получила название «plum pudding@shell» («сливовый пудинг в оболочке»).

Лабораторные испытания катода CoF₂@CSC700-24 продемонстрировали следующие результаты:

  • Рабочее напряжение: плато разряда превышает 2,5 В (при плотности тока 100 мА/см² и температуре 500 °C).
  • Удельная емкость: 365 мАч/г.
  • Удельная энергия: 882 Вт·ч/кг.

Это самый высокий зарегистрированный показатель удельной энергии среди всех известных на сегодняшний день катодов для высоковольтных тепловых батарей.

По словам профессора Ван Сонга, данное открытие не только объясняет механику подавления челночного эффекта в расплавленных солях, но и создает фундамент для проектирования тепловых батарей следующего поколения с высокой плотностью энергии. Технология также может быть адаптирована для использования металлофторидов в других типах накопителей энергии.

Источник: english.cas.cn

Автор не входит в состав редакции iXBT.com (подробнее »)
Об авторе
О разном интересном.

0 комментариев

Добавить комментарий

Сейчас на главной

Новости

Публикации

Как правильно выбрать бензопилу: три технические ошибки, которые совершают 90% покупателей

При виде мощной бензопилы у большинства мужчин и практичных хозяек срабатывает базовый технический интерес. Появляется вполне логичное желание поехать на дачу, расчистить старый сад, навести...

Мем, который парализовал университеты: почему простая задача «3x+1» уже век крадет время у лучших умов планеты

Математика полна сложных формул и теорем, для понимания которых требуются годы специального обучения. Однако существуют задачи, правила которых можно объяснить за минуту, но на их решение уходят...

Как работает естественный отбор на самом деле: ученые объяснили, почему полезные мутации не всегда закрепляются

Более полувека в науке о жизни доминировала концепция, которая на первый взгляд кажется парадоксальной. Согласно нейтральной теории молекулярной эволюции, созданной японским генетиком Мотоо Кимурой...

Полгода с iPhone 17 pro после Android: о чем никто не предупреждает перед переходом

Последние двадцать лет я был убежденным пользователем Android. За это время через мои руки прошли практически все знаковые флагманы: Samsung Galaxy S-серии, Xiaomi Ultra, OnePlus, Oppo, Vivo и...

Почему медузы пережили пять массовых вымираний, включая то, что уничтожило динозавров

66 миллионов лет назад астероид диаметром около 10 километров врезался в район современного полуострова Юкатан. Ударная волна, кислотные дожди и многолетняя «ядерная зима» из пыли и сажи разрушили...

Пять звезд за решеткой: как из самой мрачной тюрьмы Стамбула сделали отель

В самом сердце исторического центра, рядом с Айя-София, открывает свои двери для туристов роскошный отель Four Seasons. Здесь безупречный сервис, мраморные полы, неоклассическая архитектура и...