Материаловеды из Columbia Engineering разрабатывают новые виды батарей для хранения возобновляемой энергии. В исследовании, опубликованном в журнале Nature Communications, команда использовала батареи K-Na/S. Они сочетают недорогие элементы — калий (K), натрий (Na) и серу (S). Это решение может обеспечить длительное хранение энергии.

Руководитель группы Юань Ян, доцент кафедры материаловедения и инженерии факультета прикладной физики и математики Колумбийского инженерного университета, говорит, что необходимо увеличить срок службы батарей и производить их легко и дёшево. Это повысит надёжность возобновляемых источников энергии, стабилизирует энергосистемы, снизит зависимость от ископаемого топлива и обеспечит устойчивое энергетическое будущее.

Новый электролит помогает улучшить работу батарей K-Na/S.

У этих батарей есть две проблемы: низкая ёмкость из-за образования неактивных твёрдых веществ, которые блокируют диффузию, и необходимость эксплуатации при очень высоких температурах (>250 °C). Это усложняет процесс и увеличивает его стоимость.

Предыдущие исследования были сосредоточены на решении этих проблем. Поэтому учёные начали искать новую технологию для улучшения батарей K-Na/S.

Группа Яна разработала новый электролит — растворитель из ацетамида и ε-капролактама. Он помогает батарее накапливать и высвобождать энергию, растворяет K2S2 и K2S, повышая плотность энергии и удельную мощность промежуточно-температурных батарей K/S. Батарея с этим электролитом может работать при температуре около 75 °C и достигать почти максимально возможной ёмкости для хранения энергии.

Чжэнхао Ян, аспирант Юань Яна, говорит, что такой подход позволяет достичь почти теоретической разрядной ёмкости и увеличить срок службы батареи. Это особенно интересно в области среднетемпературных батарей K/S.

Путь к устойчивому энергетическому будущему

Группа Яна сотрудничает с Колумбийским центром электрохимической энергетики (CEEC).

CEEC объединяет исследователей и преподавателей Школы инженерии и прикладных наук, которые занимаются изучением электрохимической энергетики. Благодаря партнёрству с промышленностью центр может совершать прорывы в области хранения и преобразования энергии.

Планирование расширения масштаба

Команда работает над созданием надёжных и стабильных аккумуляторов, которые будут получать энергию из возобновляемых источников. Сначала команда сосредоточится на создании небольших аккумуляторов размером с монету, а затем масштабирует технологию для хранения больших объёмов энергии. Сейчас специалисты оптимизируют состав электролита.