Исследователи тестируют новый титан

Ученые из Forschungszentrum Jülich разработали и успешно испытали в лаборатории новую титано-воздушную батарею в сотрудничестве с исследователями из Техниона – Израильского технологического института в Хайфе. Впервые опубликованы экспериментальные результаты такой батареи, в которой в качестве активного материала используется титан. Металл представляет интерес как материал для хранения электричества, поскольку каждый атом может отдать до четырех электронов для переноса заряда, и в то же время он относительно легкий и чрезвычайно устойчивый.

Титаново-воздушная батарея

Исследовательский центр Юлиха / Ральф-Уве Лимбах

Эскиз титано-воздушной батареи

Исследовательский центр Юлиха / Марсель Кальтенберг

Титан известен как пассивный, стабильный материал. Исследователям удалось использовать его электрохимический потенциал для хранения электрической энергии, применив ионную жидкость под названием 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.

Титаново-воздушные батареи теоретически имеют плотность энергии в два-три раза выше, чем воздушно-цинковые батареи, которые сегодня используются в качестве стандартных кнопочных 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 удалось измерить среднее напряжение ячейки до 1,2 В и относительно высокие токи разряда до 0,75 мА см-2.

В металло-воздушных батареях содержащийся в них металл реагирует с кислородом воздуха с выделением электрической энергии. Таким образом, аккумуляторы этого типа занимают особое положение среди аккумуляторов, поскольку один из двух партнеров реакции, кислород, получается из окружающего воздуха с помощью специального электрода и его не нужно хранить в аккумуляторе. Следовательно, с помощью этих систем можно реализовать значительно более высокую плотность энергии, чем с обычными типами батарей, по крайней мере теоретически.

По этой причине металло-воздушные батареи особенно подходят для применений, где важен компактный размер. Другая потенциальная область применения — крупномасштабные стационарные системы хранения, в которых используются недорогие, распространенные и нетоксичные материалы. Например, титан, хотя и известен как дорогой материал, по стоимости материала намного дешевле лития, но дороже алюминия. Титан занимает девятое место среди наиболее часто встречающихся материалов в земной коре, поэтому доступные ресурсы соответственно обильны.

Основное внимание в исследованиях уделяется анодным материалам для металло-воздушных батарей, а также цинку, алюминию, железу и кремнию для кремниево-воздушных батарей. Титан, с другой стороны, почти не рассматривался как активный материал, и экспериментальные результаты еще не получены.

Разработка новой концепции батареи осуществлялась в тесном сотрудничестве доктора Ясина Эмре Дурмуса из Юлихского института энергетических и климатических исследований (IEK-9) под руководством профессора Рюдигера-А. Эйхель и профессор Яир Эйн-Эли из Техниона, который провел семимесячный творческий отпуск в IEK-9 в рамках зонтичного сотрудничества между Forschungszentrum Jülich, Технионом и RWTH Ахенского университета.

Ясин Эмре Дурмус, Марсель Кальтенберг, Кшиштоф Дзечол, Максимилиан Шаленбах, Дэнни Гельман, Борис Шварцев, Герман Темпель, Ханс Кунгль, Рюдигер-А. Эйхель, Яир Эйн-Эли; Разрушение стены пассивности металлов: Exempli gratia неводная Ti-воздушная батарея: Журнал химической инженерии, том 461, 2023 г.

Новая аккумуляторная технология может значительно снизить затраты на хранение энергии

Самые читаемые новости

Оригинальная публикация

Блог