Пример промышленного массива батарей
Wikimedia commons
Исследователи из Сколково создали катод для аккумулятора на основе титана и калия. Это позволит отказаться от использования редкого и дорогого лития, который, к тому же, огнеопасен и токсичен. Новые батареи могут пригодиться для промышленных накопителей и крупной техники. Работа опубликована в журнале Nature Communications.
В большинстве современных аккумуляторов используется литий, в том числе — в семействе литий-металл-фосфатных аккумуляторов. Батареи этого типа обладают бо́льшим размером и весом по сравнению с литий-полимерными, используемыми в мобильной технике, но зато они стабильнее и надежнее. Проблема в том, что литий — довольно дорогой и токсичный металл, который, к тому же, не так просто добыть: его основные месторождения находятся в Австралии и Чили.
Ученые из Сколковского института науки и технологий во главе со Станиславом Федотовым придумали, как отказаться от использования лития и применять только дешевые доступные материалы. Любой аккумулятор состоит из катода (положительного электрода), анода (отрицательного) и электролита (соединяющего их материала). При заряде ионы лития перетекают с катода на анод, при разряде — обратно. Исследователи предложили использовать вместо них ионы калия и изготавливать катод из KTiPO4F (фторид калий-титан-фосфата). Соединения титана ранее рассматривались как неподходящие для катода, так как считалось, что они обладают низким окислительно-восстановительным потенциалом.
Фторид калий-титан-фосфата получают удобным для промышленного производства методом: в реактор помещают сырье, перемешивают и выдерживают несколько часов при температуре 200 градусов Цельсия. Затем получившийся порошок сушат и прокаливают в печи. Изготавливаемый из этого порошка электрод при использовании в аккумуляторе обеспечивает напряжение в 3,6 вольта, что примерно равно напряжению широко распространенных литий-железо-фосфатных батарей. Новый источник энергии может использоваться в энергетике для компенсации суточных колебаний ветровых и солнечных генераторов, для аварийного питания предприятий, а так же электросамокатах и автопогрузчиках.
Поиск дешевого и надежного способа хранения электроэнергии — одна из главных проблем на пути возобновляемой энергетики, так как потоки воздуха, воды и солнечного света не поддаются человеческому контролю. Для более стабильного потока электричества с зеленых электростанций применяют разные уловки, например, делают ветряк летающим или размещают их неравномерно.
Василий Зайцев