Новые материалы для создания аккумуляторов электроэнергии

Национальная лаборатория энергетических технологий США (NETL) проводит крупномасштабные исследования по поиску более эффективных и дешевых материалов для альтернативных источников энергии. Это исследование включает в себя определение возможности использования магния (Mg), натрия (Na) и лития (Li) а также их соединений и оксидов для производства анодов, катодов и электролита в высокоемких аккумуляторах электроэнергии.

Цель исследований состоит в разработке абсолютно новых систем хранения электроэнергии высокой плотности. Это необходимо для поддержания бесперебойной выработки электроэнергии альтернативными источниками энергии: ветряными, солнечными, приплывными и другими типами электростанций. Например, новые батареи на основе магния и его соединений будут более дешевы по себестоимости и практически нетоксичны и невредны для окружающей среды. К сравнению, добывать магний из земной коры будет в десятки раз дешевле, чем литий. Теоретически, по подсчетам ученых аккумуляторы на основе магния смогут обеспечить энергетическую плотность около 2,2 тыс. А•ч/кг.

Для того чтобы практически воплотить в жизнь идею магниевых батарей, ученые NETL разрабатывают и исследуют характеристики новых сплавов магния, легированных такими элементами, как кальций (Ca), цинк (Zn), иттрий (Y) и др. Помимо использования этого элемента в составе катодов и анодов, разрабатываются и тестируются электролиты на основе магния (Mg).

Другим, подающим надежды энергетиков, элементом является натрий (Na). Его сплавы и соединения с другими химическими элементами потенциально годятся для создания катодов и анодов аккумуляторных батарей большой энергетической плотности. Энергетические системы с использованием натрия также будут на порядок дешевле, распространенных Li-ion-нных.

Специалистами NETL ведутся также исследования по улучшению характеристик аккумуляторов на основе лития (Li), которые широко применяются сейчас. Низкая удельная энергоемкость современных батарей с использованием графитовых анодов не дает возможности делать Li-ion батареи высокой плотности. Исследователи синтезировали материал Si-C (углеродное волокно, углеродные нанотрубки и графен) для создания новых композитных анодов. Это поможет увеличить как производительность Li-ion аккумуляторов, так и их продолжительность работы. Высокая плотность энергии сможет быть обеспечена за счет большой площади соприкосновения нового материала с электролитом батареи.