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 выбрать бюджетный VPS без переплаты и неприятных сюрпризов

VPS, или виртуальный частный сервер, это отдельная программная среда внутри физической машины. На одном сервере запускают несколько изолированных систем, а распределением ресурсов управляет...

✦ ИИ  Может ли протеиновый кофе зарядить энергией на весь день?

У кофе и так давно сложилась репутация напитка, который способен «включить» человека по утрам быстрее будильника. Но в последние годы обычного кофе многим стало мало: в чашку начали добавлять не...

✦ ИИ  “Теория подгоревшего тоста” — самообман или полезный психологический прием?

Утро легко может пойти не по плану из-за какой-нибудь мелочи. Подгорел завтрак, пролился кофе, машина не завелась, автобус ушел прямо перед носом, а на заправке внезапно выстроилась очередь, словно...

Как правильно ухаживать за стиральной машиной, чтобы она работала долго и не ломалась

Я много лет пользуюсь одной и той же стиральной машиной, и она до сих пор стирает как новая. Соседи уже по две поменяли, а моя крутится. Секрет не в том, что я купил дорогую модель. Секрет в...

Почему у младенцев меняется цвет глаз: дело не только в генетике, но и в солнечном свете

В первые полгода после появления на свет радужка глаз младенца часто претерпевают заметные трансформации. Большинство младенцев со светлой кожей появляются на свет со светло-синей или пепельной...