Нанокристаллы пирита как дешевая альтернатива литию в батареях

Поскольку во всем мире увеличивается производство энергии с помощью солнца и ветра, системы батарей для хранения произведенной электроэнергии становятся как никогда важными. К сожалению, доступность многих из материалов, необходимых, чтобы производства высокоэффективных аккумуляторов быстро уменьшается и, как результат, они становятся все более дорогими.

Исследователи из Empa и ETH Zurich создали новый тип аккумулятора, который произведен из дешевых и обильно доступных материалов, демонстрируя потенциал высокой эффективности.

Прототип аккумулятора использует нанокристаллы, состоящие из сульфида железа, более известного как пирит, в качестве катода, натрий в качестве электролита и магний для анода. Все эти ингредиенты являются относительно недорогими и доступными ресурсами.

Такой материал как нанокристаллы сульфида железа создается путем простого измельчения серы с сухим металлическим железом, в то время как килограмм магния в 15 раз дешевле, чем сопоставимое количество лития. Кроме того, железо, магний, натрий, и сера находятся на 4, 6, 7, и 15 месте, соответственно, в порядке доступности на Земле.

Дополнительная экономия может быть также реализована в конструкции батареи - алюминиевой фольги вполне достаточно, чтобы накапливать и проводить электричество, когда литий-ионные батареи должны использовать сравнительно дорогую медную фольгу для выполнения той же задачи.

При использовании, когда аккумулятор разряжен, ионы натрия суспендируют в электролите при движении к катоду, где они накапливаются. Когда батарея полностью зарядится, пирит выпускает ионы натрия назад в электролит. Проверка работы этой гибридной натрий-магниевой ячейки уже была продемонстрирована в лаборатории, где в ходе теста батарея достигла 40 циклов зарядки и разрядки без изменения своей производительности.

Хотя производительность новой батареи в настоящее время ниже, чем у сопоставимого размера литий-ионной, исследователи полагают, что недорогой и масштабируемый характер нового устройства таков, что он может быть использован для создания огромных ячеек хранения для электростанций. Одним из таких предложений ученых является то, что достаточно большая батарея может быть использована для временного хранения годового объема произведенной энергии атомной станции, например. В сущности, если создать достаточно большую батарею, она потенциально может хранить большое количество тераватт-часов энергии.

«Весь потенциал батареи еще не исследован до конца», сказал д-р Максим Коваленко, который преподает на кафедре химии и прикладной бионауки в ETH, а также проводит исследования в Empa. «Если мы оптимизируем электролиты, мы обязаны быть в состоянии увеличить электрическое напряжение в гибридной натрий-магниевой ячейке еще больше и расширить продолжительность ее срока службы».

В настоящее время инвесторы поддерживают дальнейшие исследования и представление технологии на рынке.