Нанобатареи из древесины

134
Плюсануть
Поделиться

derevoАмериканские учёные из Мэрилендского университета США разработали уникальные нанобатареи из древесины. Существующие литий-ионные аккумуляторы отлично подходят для мобильных телефонов и других небольших гаджетов, но когда речь идет о более масштабном хранении энергии, то им еще очень далеко до совершенства. По этому, исследователи начали разработку более эффективных, а также экологически чистых батарей.

На данном этапе натрий-ионные батареи находятся на первых стадиях разработки, но уже имеют огромный потенциал. Так как натрий достаточно дешевый, а главное – экологически безопасный, то такие батареи могут стать эффективным накопителем энергии в различных энергосистемах. Но, чтобы использовать натрий-ионные батареи на практике, необходимо преодолеть немало различных трудностей. Наиболее серьезная проблема – это так называемый феномен «sodiation». Он заключается в том, что с каждым циклом заряда/разряда батареи, ионы натрия приводят к разбуханию анода батареи на целых 420%. Такое явление всего лишь за двадцать циклов может стереть анод в порошок, что, в свою очередь, делает натрий-ионною батарею весьма недолговечной.

Исследователи обратили внимание, что материалы, которые используются для создания анода, достаточно хрупкие, по этому они не в состоянии противостоять губительному набуханию. Рассматривая различные варианты основы анода, учёные пришли к выводу, что наиболее подходящим материалом является древесина.

Волокна древесины очень хорошо противостоят различным нагрузкам, так как постоянно транспортируют ионы от корней дерева к его листьям, а соответственно и выдержат нагрузки, возникающие в аноде батареи. В результате, натрий-ионная батарея, в составе которой используются древесные волокна, примерно в 20 раз прочнее, чем существующие аналоги.

Разрабатывая анод для новой батареи, учёные покрыли древесные волокна тончайшим слоем одностенных углеродных трубок, а затем сверху нанесли слой олова. Древесина очень эффективно нейтрализует сильные механические напряжения, возникающие из-за эффекта «sodiation». Основа анода из древесины, даже после повторения цикла зарядки/разрядки более 100 раз, немного сморщилась, но при этом сохранила свою целостность.

Различные практические испытания показали, что такая натрий-ионная батарея способна стабильно и достаточно эффективно работать на протяжении 400 циклов, что значительно больше, чем у всех предыдущих аналоговых разработок. Следует отметить, что натрий не хранит энергию так же эффективно, как и литий, по этому есть небольшой шанс, что натрий-ионные станут полноценным заменителем литий-ионных батарей. Однако из-за низкой стоимости, применения экологически безопасных и достаточно распространенных материалов, уникальные батареи на древесной основе могут широко использоваться для хранения больших объёмов энергии из возобновляемых источников, таких как ветровая и солнечная энергия.