Литий-ионные аккумуляторы совершили революцию на рынке электронных устройств. Мобильные телефоны, ноутбуки и планшеты стали гораздо легче, им хватает заряда на много часов работы. Некоторым потребителям, однако, этого мало. Подумайте только — заряжать их каждый день! Это же неудобно!
Теперь можно потихоньку начинать радоваться.
Учёные и инженеры уже в течение нескольких десятилетий работают над другим типом аккумуляторов и, возможно, результат их трудов скоро появится на прилавках. Он затмит литий-ионных конкурентов, так как будет держать заряд в 8 раз дольше. Знакомьтесь — фторидные аккумуляторы!
Для начала краткая справка
Фторид — это отрицательный ион фтора. Так же называются соединения, содержащие его (вроде фторида натрия в зубной пасте).
Фторидные аккумуляторы начали разрабатываться в 70-х годах прошлого века. Несмотря на то, что фторид в то время работал только при очень высоких температурах, интерес к нему не угас. Во многом благодаря тому, что был виден его потенциал для создания батарей с высокой энергетической плотностью — они могли бы хранить большее количество заряда на единицу площади.
Обычный литий-ионный аккумулятор состоит из трёх частей. Условно — анод справа, катод слева, а между ними электролит. По мере разрядки батареи положительные ионы лития перетекают справа налево через электролит. Благодаря этому в аноде остаются свободные электроны, которые, собственно, и создают электрический заряд. Когда вы заряжаете такой аккумулятор, происходит обратный процесс — ионы из катода возвращаются в анод.
Фторидные батареи работают немного иначе. Здесь электрический заряд создаётся отрицательными фторид-ионами.
Большая энергетическая плотность этих батарей объясняется высоким содержанием фтора в молекулярной структуре соединений этого химического элемента с различными металлами.
Так, например, во фториде меди два атома фтора и всего один атом меди. Это значит, что на каждый атом металла мы имеем два фторид-иона, которые могут переместить два электрона. В то же время в обычном литиевом аккумуляторе на один ион лития, способный переместить один электрон, приходится два атома кислорода и один атом кобальта. Это значит, что во фторидном аккумуляторе может находиться больше ионов при той же самой массе.
Кроме большей энергетической плотности у батарей нового типа есть ещё как минимум два преимущества.
1️⃣ они меньше нагреваются.
2️⃣ материалы, из которых их можно изготавливать, добываются с меньшим ущербом для окружающей среды, чем литий и кобальт.
Но до последнего времени обо всех этих прелестях можно было лишь мечтать. Аккумуляторы работали только с твёрдыми электролитами, нагреваясь до 150 градусов по Цельсию.
Однако не так давно учёные из НАСА, Калифорнийского технологического института и компании «Хонда» разработали новый хлорид-проводящий жидкий электролит, работающий при комнатной температуре.
Они «обложили» его медно-лантаново-трифторидным катодом и металлическим анодом, получив фторидный аккумулятор, который разряжается и перезаряжается при комнатной температуре. Это действительно очень большое достижение.
Работы ещё предостаточно
Во-первых, нужно «покопаться в настройках», чтобы получить ту энергетическую плотность, в предвкушении которой находятся и производители, и потребители.
Во-вторых, есть трудности с созданием покрытия, требующегося для того, чтобы жидкий электролит не растворил металлический электрод. Но, несмотря ни на что, это огромный шаг на пути к созданию работоспособного фторидного аккумулятора, который вслед за литий-ионным своим предшественником может совершить революцию на рынке мобильных электронных устройств.
В общем, с нетерпением ждём!