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

„Бриг-001“: как советские инженеры создали Hi-Fi в условиях дефицита комплементарных транзисторов

В начале 1970-х годов советская бытовая аудиоаппаратура находилась в технологическом тупике. Ранняя полупроводниковая техника страдала от специфических нелинейных искажений, которые инженеры и...

Как в СССР собирались повернуть реки вспять: мегапроект, который так и не построили

Идея звучит почти фантастически: взять часть воды великих сибирских рек и направить её туда, где воды катастрофически не хватало. Не просто построить канал между двумя городами, не просто проложить...

Как математика Джона Нэша управляет ИТ-системами: реальная теория игр против мифа из «Игр разума»

Голливудская драма «Игры разума» приучила массового зрителя к красивой, но сугубо романтизированной сцене в баре: персонаж Рассела Кроу внезапно осознает, что если все парни бросятся к одной и...

Мирабель: как Канада построила самый большой аэропорт в мире и почему он оказался никому не нужен

В 1960-х годах Монреаль переживал экономический подъём и готовился к проведению Олимпийских игр 1976 года. Действующий аэропорт Дорваль приближался к пределу своей пропускной способности....

Нужен ли SSD-кэш в NAS или это бесполезная переплата

SSD-кэш в NAS ускоряет не хранение файлов вообще, а конкретные операции, с которыми жесткие диски справляются плохо. Для домашнего архива, резервных копий и просмотра фильмов он чаще всего не...