Новая жидкометаллическая батарея будет лучше литий-ионной

У жидкометаллических и твердотельных батарей есть свои преимущества и недостатки, но теперь исследователи из Техасского университета в Остине утверждают, что разработали новую батарею, которая объединяет в себе лучшие свойства тех и других. Новая разработка представляет собой первый полностью жидкометаллический аккумулятор, который работает при комнатной температуре и превосходит по своим свойствам литий-ионные аналоги. Исследование опубликовано в журнале Advanced Materials.

Твердотельные аккумуляторы обладают значительной емкостью для накопления энергии, но со временем они теряют свои свойства и становятся менее эффективными. У жидкометаллических батарей в качестве электролитов используются жидкие металлы. Такие устройства менее подвержены износу, чем твердотельные батареи, поскольку в них не образуются дендриты. Кроме того, их легко масштабировать — нужно просто добавить больше жидких металлов в увеличенные емкости.

Но у жидкометаллических аккумуляторов имеется один существенный недостаток — рабочая температура. Чтобы сохранить металлы в жидком состоянии, большинство таких устройств необходимо нагревать до температуры не менее 240 °C. Оборудование, которое для этого используется, делает такие батареи громоздкими и энергозатратными, то есть невыгодными.

Экспериментальная жидкометаллическая батарея заряжается быстрее литий-ионной и у нее больше запас мощности

Но в новом исследовании применили сплавы, которые способны оставаться в жидком состоянии при более низких температурах. Ученые остановились на двух сплавах, которые хорошо себя показали: сплав натрия и калия для анода и сплав галлия с индием для катода. Два электролита по центру разделяет органический электролит, который также находится в жидком состоянии. Эти сплавы могли оставаться жидкими при 20 °C, то есть при комнатной температуре. А это, по словам исследователей, самая низкая из когда-либо зарегистрированных температур для хранения жидкометаллических батарей.

Исследование показало, что новая батарея может заряжаться в несколько раз быстрее, чем литий-ионные аккумуляторы, а еще у нее выше мощность.

Благодаря исключению температурного барьера новая жидкометаллическая батарея может найти применение в снабжении энергией электроники любых масштабов, от небольших носимых устройств до огромных систем хранения.

Схема новой полностью жидкометаллической батареи, которая может оставаться жидкой при комнатной температуре. Изображение: University of Texas at Austin

«У этой батареи множество преимуществ перед твердотельными и жидкометаллическими аналогами — у нее больше запас энергии, выше стабильность, нет недостатков, а также она экономична», – говорит Ю Дин (Yu Ding), ведущий автор исследования.

Тем не менее, технологию можно усовершенствовать. Галлий является дорогим сплавом, поэтому та же команда ученых планирует исследовать другие сплавы, изготовленные из более распространенных и дешевых материалов. Некоторые из этих материалов могут обеспечить работу аккумулятора при еще более низких температурах. А электролит с лучшей электропроводностью поможет улучшить выходную мощность батареи.