Для некоторых применений классические аккумуляторы оказываются слишком тяжёлыми и не эффективными, например, для роботов или устройств Интернета вещей. На этот случай учёные предложили систему питания, которая буквально поглощает металл из окружения, а для химических реакций с ним использует кислород из воздуха. Плотность энергии таких батарей оказывается до 13 раз больше, чем у литий-ионных аккумуляторов.
Идея «вывернуть» аккумулятор наизнанку ― превратить в анод металл во внешней среде и использовать кислород из воздуха ― пришла в голову команде исследователей из Университета Пенсильвании. Свою разработку они назвали метало-воздушным мусорщиком (MAS). Конструкция системы питания MAS по-прежнему имеет компоновку классической батареи, включая катод, анод и электролит. Но главная хитрость в том, что анодом будет любая металлическая поверхность, по которой эта система будет передвигаться.
Катод батареи выполнен из углерода и покрыт политетрафторэтиленом (ПТФЭ) с вкраплениями нанобусинок из платины. Электролит представляет собой гидрогель, содержащий соленую воду (система должна содержать резервуар с солёной водой, которая расходуется по мере движения устройства по металлической поверхности). При движении батарейной конструкции по металлической поверхности происходит окисление металла (анода) и восстановительная реакция в катоде с привлечением кислорода из окружающего воздуха. Иначе говоря, идут те же реакции, что в обычном аккумуляторе.
«У нашей MAS плотность мощности в 10 раз выше, чем у лучших харвестеров (систем по добыче энергии из окружающей среды), и мы можем конкурировать с батареями, ― сказал Джеймс Пикуль, ведущий исследователь проекта. — Система использует химию батареи, но не имеет соответствующего веса, потому что берет химические вещества из окружающей среды».
«Плотность энергии — это отношение доступной энергии к весу, который необходимо нести, ― говорит Пикуль. — Даже принимая во внимание вес дополнительной воды, MAS имеет в 13 раз большую плотность энергии чем у литий-ионного аккумулятора, потому что транспортное средство несло только гидрогель и катод, а не металл или кислород, которые обеспечивали выработку энергии».
В процессе движения питающей системы по металлу возникает слой ржавчины, но он не толще 100 микрон и не ведёт к существенным структурным повреждениям. Одним из применений подобной системы может быть питание датчиков на транспортных контейнерах. Наконец, воду для электролита можно добывать из воздуха, повышая автономность подобных систем питания.
Для некоторых применений классические аккумуляторы оказываются слишком тяжёлыми и не эффективными, например, для роботов или устройств Интернета вещей. На этот случай учёные предложили систему питания, которая буквально поглощает металл из окружения, а для химических реакций с ним использует кислород из воздуха. Плотность энергии таких батарей оказывается до 13 раз больше, чем у литий-ионных аккумуляторов.
Загрузка ...
