Революционное открытие ученых Университета Суррея (University of Surrey) бросает вызов устоявшимся догмам аккумуляторной инженерии. На протяжении десятилетий инженеры и химики прикладывали титанические усилия для полного удаления влаги из компонентов батарей, считая воду главным врагом стабильности и долговечности элементов питания.
Однако новое исследование демонстрирует парадоксальный эффект: сохранение воды в структуре ключевого катодного материала позволяет натрий-ионным аккумуляторам совершить гигантский скачок в эффективности, вплотную приблизившись к характеристикам дорогостоящих литий-ионных аналогов.
В центре открытия — наноструктурированный гидрат ванадата натрия (NVOH), слоистый материал на натриевой основе, который в естественном состоянии содержит молекулы воды в своей кристаллической решетке. Классический подход к таким соединениям предполагает термическую обработку (прокаливание) для испарения влаги, так как считалось, что она ослабляет структуру и провоцирует деградацию. Группа исследователей под руководством доктора Дэниела Коммандера решила проверить эту аксиому и получила сенсационные результаты: гидратированная версия материала продемонстрировала колоссальное улучшение всех ключевых параметров.
Согласно публикации в авторитетном журнале Journal of Materials Chemistry A, NVOH способен накапливать почти в два раза больше заряда по сравнению с традиционными натрий-ионными катодами. В ходе лабораторных испытаний материал показал впечатляющую стабильность, сохраняя высокую энергоемкость на протяжении более 400 циклов заряда-разряда без существенной деградации структуры. Более того, "влажный" катод заряжался быстрее и демонстрировал более высокую удельную емкость, чем его обезвоженный аналог. Эти показатели выводят NVOH в лидеры среди всех когда-либо протестированных катодных материалов для натрий-ионных аккумуляторов.
"Мы столкнулись с совершенно неожиданным результатом, — комментирует доктор Коммандер из Школы химии и химической инженерии Университета Суррея. — Материал проявил гораздо более высокую производительность и стабильность, чем мы могли предположить. Это открывает новые, ранее недоступные горизонты для практического применения таких батарей".
Секрет кроется в улучшенной диффузии ионов. Молекулы воды, интегрированные в слоистую структуру NVOH, играют роль своеобразной "смазки" или молекулярных направляющих. Они создают благоприятную среду для более свободного и быстрого перемещения ионов натрия между слоями материала в процессах интеркаляции (внедрения) и экстракции. Это повышает кинетику электрохимических реакций и, как следствие, увеличивает плотность энергии. По сути, открытие переворачивает фундаментальное правило батарестроения: вместо того чтобы любой ценой осушать материалы, инженерам стоит присмотреться к использованию их естественной, природной химии.
Но самым удивительным открытием стала вторичная функция нового материала. В ходе экспериментов с морской водой выяснилось, что гидрат ванадата натрия не только продолжает эффективно работать в соленой среде, но и активно извлекает ионы натрия из раствора. Параллельно графитовый электрод абсорбировал ионы хлора. Этот процесс создает электрохимический эффект обессоливания (desalination), позволяя аккумулятору одновременно накапливать энергию и опреснять воду.
"В долгосрочной перспективе это означает, что мы сможем создавать системы, использующие морскую воду в качестве абсолютно безопасного, бесплатного и неисчерпаемого электролита, получая на выходе пресную воду как побочный продукт работы батареи", — поясняет доктор Коммандер.
В случае успешного масштабирования технологии, этот прорыв станет поворотным моментом для всей натрий-ионной энергетики. В отличие от лития, натрий — это распространенный, дешевый и доступный по всему миру элемент. Это делает новую технологию идеальным кандидатом для масштабных применений: от стационарных накопителей энергии в электросетях (grid storage) до интеграции с возобновляемыми источниками энергии (солнечными и ветровыми электростанциями). Простота подхода, предложенного учеными Суррея (использование природной гидратации вместо сложной термообработки), обещает не только снизить производственные затраты, но и значительно уменьшить экологический след от производства аккумуляторов.
Чтобы комментировать, зарегистрируйтесь или авторизуйтесь
Военное испытание демонстрирует успешное использование автономного комплекса на основе искусственного интеллекта, способного самостоятельно находить цели и наносить удары. Компания Scout AI продемонстрировала миру новый этап развития военных технологий, создав интеллектуального агента, управляющего действиями наземных транспортных средств и беспилотных аппаратов одновременно.
Исследование выявило опасные химические соединения в десятках популярных моделей наушников от крупных производителей, таких как Bose, Samsung, Sennheiser и другие. Учёные обнаружили токсины, способные вызывать онкологические заболевания, нарушения развития нервной системы и другие негативные последствия.
Согласно исследованию группы Google Threat Intelligence Group (GTIG), государственные структуры, хакеры и преступные группировки из Китая, Ирана, России и Северной Кореи нацелились на объекты оборонно-промышленного комплекса (ОПК).