Блог

Jun 09, 2023

Исследователи успешно испытали новый титан

Металло-воздушные батареи – одно из важных направлений развития перспективной энергетики.

Металло-воздушные батареи являются одним из важных направлений развития перспективных устройств хранения энергии, от маломощной электроники до крупномасштабных приложений. Эти батареи обещают обеспечить очень высокую теоретическую плотность энергии, экологичность, экономичность и безопасность.

Среди различных возможных кандидатов на аноды для металло-воздушных батарей в центре внимания исследований находились в основном цинк, алюминий, железо и кремний. С другой стороны, титан вряд ли считался активным материалом, и экспериментальных результатов пока нет.

Теперь исследователи из Forschungszentrum Jülich успешно разработали и испытали в лаборатории новую титаново-воздушную батарею (Ti-воздушная батарея). Батарея разработана в сотрудничестве с исследователями Техниона – Израильского технологического института в Хайфе.

Металло-воздушные батареи особенно подходят для применений, где важен компактный размер, а также для крупномасштабных стационарных систем хранения, в которых используются недорогие, распространенные и нетоксичные материалы. Титан, хотя и известен как дорогой материал, с точки зрения стоимости материала намного дешевле лития, но дороже алюминия. Металл является девятым по распространенности материалом в земной коре, поэтому доступные ресурсы соответственно в изобилии.

Кроме того, титан представляет интерес как материал для хранения электричества, поскольку каждый атом может отдавать до четырех электронов для переноса заряда, будучи при этом относительно легким и чрезвычайно устойчивым.

В новой неводной первичной Ti-воздушной батарее исследователям удалось использовать ее электрохимический потенциал для хранения электрической энергии путем применения ионной жидкости комнатной температуры 1-этил-3-метилимидазолия олигофторгидрогената (EMIm(HF)2.3F). Ионные жидкости состоят из солей с нетипичной, очень низкой температурой плавления, которые используются в различных областях благодаря своим особым электрическим и материальным свойствам.

Теоретически, плотность энергии воздушно-титановых батарей в два-три раза выше, чем у воздушно-цинковых батарей, используемых сегодня в качестве стандартных таблеточных элементов в слуховых аппаратах, модулях управления и датчиках. Теоретически достижимое напряжение воздушно-титановой батареи находится в том же диапазоне, что и у воздушно-цинковых батарей. В экспериментах Ti-air аккумулятор успешно работал при относительно высоких токах разряда до 0,75 мА/см2 при среднем напряжении ячейки до 1,2 Вольт, что обеспечивало разрядную емкость 66 мАч/см2.

Исследователи говорят, что когда весь свой потенциал будет использован, такая металлическая батарея обладает уникальным потенциалом быть единственным металлом, у которого 4 электрона передаются во время разряда.

Ссылка на журнал: