Bateri mesra alam diperbuat daripada emas kucing

Nanocrystals pirit membolehkan tangki simpanan elektrik yang efisien dan berkesan

Cat's Gold: Pyrite mineral membentuk kristal padu biasa. © Parent Géry / Domain awam
membaca dengan kuat

Tidak bernilai: Nanocrystals terbuat dari pirit, emas kucing yang dipanggil, membolehkan bateri yang kuat. Para saintis dari Switzerland telah membangunkan bateri boleh dicas semula yang hanya sebahagian kecil daripada kos bateri lithium-ion. Bateri emas kucing juga lebih mesra alam dan lebih selamat. Oleh itu, ia sesuai untuk membina bateri penyimpanan stesen besar untuk rangkaian elektrik hijau stabil, para penyelidik menulis di majalah "Kimia Bahan".

Beralih kepada tenaga boleh diperbaharui memerlukan storan elektrik yang berkuasa dan kos efektif. Oleh kerana elektrik hijau dihasilkan hanya tidak teratur, pada masa depan yang disebut buffer stesen sepatutnya menyimpan jumlah elektrik yang dimasukkan ke dalam grid kuasa stabil. Ini pada dasarnya adalah bateri yang boleh dicas semula yang dipasang di dalam atau di sebelah loji kuasa. Juga, bilangan kereta elektrik yang perlu mengisi semula bateri dengan cepat, akan meningkat pada masa akan datang.

Berkuat kuasa dan kos efektif

Peranti penyimpanan kuasa yang paling terkenal kini adalah bateri lithium-ion. Mereka mempunyai kapasiti storan yang tinggi dan boleh dicaj dengan cepat, sama ada dalam telefon pintar atau kereta elektrik. Walau bagaimanapun, mereka tidak sesuai sebagai penampan pegun: mereka terlalu mahal, dan litium berharga terlalu jarang untuk pengeluaran besar-besaran yang diperlukan pada skala buffer. Oleh itu, alternatif kos rendah yang dibuat daripada bahan-bahan yang tersedia secara massal adalah dalam permintaan.

Gabungan kecekapan dan harga yang rendah kini telah dicapai oleh Maksym Kovalenko dari Laboratorium Persekutuan Switzerland untuk Bahan Pengujian dan Penyelidikan (Empa) berhampiran Zurich dengan bahan yang hampir pepatah untuk nilai rendahnya: pirit, yang biasanya dirujuk sebagai emas kucing. Mineral ini adalah sulfida besi kristal, jadi ia terdiri daripada besi dan sulfur.

Kurang berbahaya daripada bateri litium

Nanocrystals Pyrite membentuk katod bateri baru. Anod magnesium dan elektrolit ion magnesium dan sodium melengkapkan bateri. Semasa pembuangan, ion natrium berpindah dari elektrolit ke dalam katod pirit. Apabila dicas semula, pyrite melepaskan ion lagi. paparan

Nanocrystals Pyrite dalam mikroskop elektron: Kristal sedemikian adalah katod dari "bateri emas kucing" Empa

Ini dikenali sebagai bateri hibrid natrium-magnesium yang sudah pun berfungsi di makmal dan menggabungkan beberapa kelebihan, seperti yang dilaporkan penyelidik: Magnesium anod adalah lebih selamat daripada litium yang mudah terbakar. Dan walaupun prototaip bateri di makmal bertahan 40 kitaran dan menunaikan kitaran tanpa kehilangan mana-mana kuasa.

Terjangkau dan mudah untuk dihasilkan

Walau bagaimanapun, kelebihan terbesar adalah bahawa semua ramuan untuk jenis bateri ini boleh diperolehi dalam hampir jumlah dan harga yang sangat rendah: besi, magnesium, natrium dan sulfur adalah antara f lima belas unsur kimia yang paling biasa di kerak bumi. Oleh itu, satu kilogram magnesium adalah 15 kali lebih murah daripada litium.

Nanocrystals pirit juga boleh dengan mudah disediakan oleh kering besi metalik besi dengan sulfur dalam kilang bola konvensional. Dan anda juga boleh menjimatkan wang dengan memasang bateri murah: Bateri Li-ion memerlukan foil tembaga yang agak mahal untuk mengumpul dan menghilangkan elektrik. Dalam kes "bateri emas kucing", kerajang aluminium cukup.

Menanam pengeluaran tahunan loji janakuasa

Dalam perkembangan baru mereka, penyelidik melihat di atas semua potensi untuk bateri penyimpanan grid besar. Walaupun bateri emas kucing tidak sesuai untuk kereta elektrik, prestasi mereka terlalu rendah. Walau bagaimanapun, di mana kos, keselamatan dan keramahan alam sekitar adalah penting, teknologi mempunyai kelebihan. Storan bateri yang dicadangkan oleh para saintis atas dasar ini boleh mempunyai kapasiti terawatt jam. Ini membolehkan pengeluaran tahunan loji kuasa nuklear purata untuk dipertahankan.

"Potensi penuh bateri belum habis, " kata pemimpin kajian Kovalenko, dan optimis mengenai penambahbaikan bateri emas kucing: "Dengan bantuan elektrolit maju, voltan elektrik dan hayat perkhidmatan bateri dapat ditingkatkan Sel hibrid natrium-magnesium pasti akan meningkat lebih banyak. "(Kimia Bahan, 2015; doi: 10.1021 / acs.chemmater.5b03531)

(Empa - Institut Pengujian dan Penyelidikan Bahan Swiss, 16.11.2015 - AKR)