Σημαντική ανακάλυψη στην Κίνα ανοίγει νέα εποχή για τις καθόδους υψηλής απόδοσης - Οι ερευνητές έκαναν ένα σημαντικό άλμα προς τα εμπρός κατασκευάζοντας ένα νέο υλικό
Τα ευρήματα παρέχουν μια μηχανιστική βάση για τον σχεδιασμό θερμικών μπαταριών υψηλής ενεργειακής πυκνότητας επόμενης γενιάς.
Οι επιστήμονες έχουν στρέψει την προσοχή τους σε μια αντισυμβατική αλλά πολλά υποσχόμενη τεχνολογία που είναι οι θερμικές μπαταρίες.
Πρόκειται για εξειδικευμένες συσκευές που διαπρέπουν σε περιβάλλοντα όπου οι ακραίες θερμοκρασίες καθιστούν τις παραδοσιακές μπαταρίες αναποτελεσματικές.
Πρόσφατα, οι ερευνητές έκαναν ένα σημαντικό άλμα προς τα εμπρός κατασκευάζοντας ένα νέο υλικό καθόδου που αυξάνει δραματικά την απόδοση, φέρνοντάς μας πιο κοντά σε πρακτικά, υψηλής απόδοσης συστήματα θερμικής ενέργειας.
Τα φθοριούχα μέταλλα μεταπτώσεων θεωρούνται ευρέως ως πολλά υποσχόμενα υλικά καθόδου λόγω των υψηλών θεωρητικών τάσεων και της εξαιρετικής θερμικής σταθερότητας.
Ωστόσο, στις πραγματικές μπαταρίες, αυτά τα υλικά τείνουν να διαλύονται και να μεταναστεύουν… μέσα στον ηλεκτρολύτη κατά τη λειτουργία.
Είναι φαινόμενο που συχνά ονομάζεται «φαινόμενο shuttle» προκαλώντας απώλεια ενεργού υλικού, μείωση της χωρητικότητας και μακροπρόθεσμες δομικές βλάβες.
Νέα προσέγγιση για την καταστολή του φαινομένου shuttle
Για να αντιμετωπίσει αυτό το πρόβλημα, μια ερευνητική ομάδα με επικεφαλής τον καθηγητή Wang Song και τον Zhu Yongping από το Ινστιτούτο Μηχανικής Διεργασιών της Κινεζικής Ακαδημίας Επιστημών, έχει αναπτύξει μια νέα προσέγγιση για την καταστολή του φαινομένου shuttle σε καθόδους φθοριούχων μετάλλων μεταπτώσεων.
Η μελέτη της ομάδας επικεντρώθηκε στις θερμικές μπαταρίες (έναν τύπο μπαταρίας που λειτουργεί στους 350–550 °C) με ευρήματα που δημοσιεύθηκαν στο Advanced Science στις 4 Ιανουαρίου.
Αυτή η εργασία ανοίγει επίσης νέες δυνατότητες για την εφαρμογή φθοριούχων μετάλλων σε άλλες συσκευές αποθήκευσης υψηλής ενέργειας.
Μοναδική κατηγορία ηλεκτροχημικών στοιχείων
Οι θερμικές μπαταρίες είναι μια μοναδική κατηγορία ηλεκτροχημικών στοιχείων που έχουν σχεδιαστεί για να λειτουργούν σε πολύ υψηλές θερμοκρασίες, συχνά πάνω από 300 °C.
Σε αντίθεση με τις συμβατικές μπαταρίες ιόντων λιθίου που παραπαίουν υπό θερμότητα, οι θερμικές μπαταρίες χρησιμοποιούν τηγμένα άλατα ως ηλεκτρολύτες οι οποίοι γίνονται ιοντικά αγώγιμοι μόνο όταν θερμαίνονται.
Αυτό τους επιτρέπει να παρέχουν στιγμιαία ενέργεια και να αντέχουν σε περιβάλλοντα που θα κατέστρεφαν τα τυπικά συστήματα αποθήκευσης.
Αυτά τα χαρακτηριστικά καθιστούν τις θερμικές μπαταρίες απαραίτητες σε ορισμένες βιομηχανίες.
Που χρησιμοποιούνται
Χρησιμοποιούνται σε στρατιωτικές εφαρμογές, αεροδιαστημικά συστήματα, τροφοδοτικά έκτακτης ανάγκης και εξοπλισμό γεώτρησης βαθέων φρεατίων όπου η αξιοπιστία και η απόδοση δεν μπορούν να τεθούν σε κίνδυνο.
Πρόβλημα η απόδοση της καθόδου
Παρά την ανθεκτικότητά τους, οι θερμικές μπαταρίες ιστορικά υπέφεραν από έναν κεντρικό περιορισμό: την απόδοση της καθόδου.
Η νέα έρευνα στοχεύει στην αντιμετώπιση αυτού του προβλήματος.
Σε περιβάλλοντα υψηλής θερμοκρασίας σε τήξη, τα ενεργά σωματίδια καθόδου μπορούν να διαλυθούν στον ηλεκτρολύτη και να μεταναστεύσουν μακριά από τις προβλεπόμενες θέσεις τους.
Επιλεκτικός περιορισμός ιόντων
Η νέα έρευνα αντιμετώπισε αυτό το πρόβλημα με μια καινοτόμο στρατηγική σχεδιασμού υλικών. Η πρωτοποριακή τους καινοτομία επικεντρώνεται στη σχεδίαση ενός εξειδικευμένου κελύφους γύρω από σωματίδια CoF₂ που μπορούν να επιτρέψουν επιλεκτικά τη μεταφορά ωφέλιμων ιόντων, ενώ παράλληλα εμποδίζουν τις επιβλαβείς οδούς διάλυσης.
www.worldenergynews.gr
