Химики сделали натрий-ионный аккумулятор, который работает ничуть не хуже привычного нам литий-ионного.
Несколько лет назад было высказано предположение, что человечеству пора подумать о скором дефиците, но только не о нефтегазовом, которым нас обычно пугают, а о дефиците щелочного металла – лития. В нашей жизни становится все больше электронных устройств и всевозможных гаджетов. И все они, от мобильного телефона до электромобиля, используют электрическую энергию, запасенную в аккумуляторах. В большинстве своем это литий-ионные аккумуляторы. На сегодняшний день это самый распространенный тип аккумуляторных батарей. И хотя в ближайшем будущем нас вряд ли ждут войны за месторождения лития, его стоимость может возрасти. А это значит, что пора подумать о более дешёвых аккумуляторах, в которых использовались бы другие элементы. Основные ставки разработчики делают на ближайшего родственника лития по периодической системе – натрия, как намного более распространенный и недорогой металл.

Фото: Intel Free Press/Flickr.Фото: Intel Free Press/Flickr.

Подавляющее большинство современных аккумуляторов для мобильных устройств сделано на основе лития.
Фото: Hublera/Flickr
Почему нельзя просто взять и заменить в аккумуляторе литий на натрий? Все дело в атомных размерах. Хоть литий и натрий очень похожи по своим химическим свойствам, атом натрия существенно больше атома лития. И это оказывается критичным для работы аккумуляторной батареи. В литиевом аккумуляторе есть два электрода, один из которых сделан из углерода или графита, а другой из оксида металла, например, кобальта. Переносчиком заряда между электродами служат ионы лития, почему, собственно, их называют литий-ионными аккумуляторами. Во время подзарядки из металл-оксидного электрода высвобождаются ионы лития и двигаются ко второму электроду, который сделан из углерода. Размер атомов лития такой, что они могут легко встраиваться внутрь структуры электрода.
Этот процесс называется интеркаляция, в ходе которого ионы металла «протискиваются» между атомными слоями графита. Во время разрядки происходит обратный процесс – ионы лития покидают графитный электрод и возвращаются во второй электрод.
Ключевой момент этого электрохимического процесса – как раз встраивание ионов внутрь электрода. Чем он быстрее и легче проходит, тем больше может быть мгновенная мощность. Если процесс протекает медленно, аккумулятор не сможет дать нужный для работы устройства ток. С этим как раз связаны трудности разработки натрий-ионного аккумулятора. Углеродный электрод не подходит, потому что ионы натрия из-за своего размера крайне неохотно встраиваются в структуру графита. Вот почему электрохимики ищут такие материалы для электродов, которые были бы пригодны для работы обычной электронной техники. Ведь сделать аккумулятор на ионах натрия можно, и он будет работать, весь вопрос в том, что он не будет таким маленьким, емким и мощным как литиевый. А ведь именно мощность и размер – это самые главные параметры для мобильных устройств. Группа исследователей, возглавляемая профессором Юн Лэй (Yong Lei) из Технического университета Ильменау в Германии, придумала материал, из которого можно сделать электрод в натрий-ионном аккумуляторе, так что он не будет уступать литиевому по мощности и емкости.
Сначала химики проанализировали, какими свойствами должен обладать материал электрода, чтобы обеспечить эффективное внедрение ионов натрия. Выбор пал на сопряженные ароматические соединения класса транс-стильбенов. Они обладают способностью переносить заряд, устойчивы при заряжании и разряжании аккумулятора и образуют межмолекулярные слои, между которых с легкостью может внедряться натрий. Химики проверили, насколько хорошо будет работать электрод из такого материала и оказалось, что при средней плотности тока в 1 А/г емкость составит 160 мАч/г, что ничем не уступает литий-ионным аккумуляторам. Батарея также неплохо справилась с проверкой на выносливость, сохранив 70% емкости после 400 циклов зарядки-разрядки. И хотя до коммерческой реализации проекта еще далеко, достигнутые результаты говорят о том, что натрий-ионные аккумуляторы вполне имеют право на жизнь и могут в принципе заменить привычные уже Li-ion батар
Комментарии
сегодня именуемых как суперконденсаторы, углеродные губки, ионисторы...и пр...
Есть ряд интересных обзоров,если не лень, посмотрите...http://www.sdle.co.il/
Ну а стильбендикарбоновую в принципе при необходимости можно наработать
http://vinogradov-vetto.narod.ru/index/0-16
Вы невнимательно посмотрели суть рассуждений
Виноградова. Проверка его не такие большие
деньги, затраты на топологию микросхемы.
Её суть охлаждая одну сторону идет вырабатка
энергии.
Термопара вырабатывает электричество тоже на разнице температур, но слишком мало, если сделать очень большую термопару, и создать большую разницу температур, то энергии будет больше. Чтобы такой источник вырабатывал хотя бы 1 кВт он должен быть размером с автомобиль и стоить соответственно.
У Петрика было что-то похожее и ему пришлось объяснять на пальцах что дорогущий маломощный источник тока не очень интересен.
Нужно чтобы двигатель не только крутился, но и совершал работу, т.е. работал под нагрузкой.
из того, что интересно это сьемки 08 года.
много убрано Не надо размеров автомобиля
там охлаждая окружающую среду идет выработка
энергии. Собственно если вы оставите
электролит на хранение предварительно
разрядив он зарядится сам. Можете взять
тестер и проверить. Если взять множество
полупроводниковых конденцаторов
и обьединить ух в одном корпусе, получим
(на кончике пера) сумашедший выход энергии
250вт на корпус Когда я списывался с ним
вроде Ангстрем брался за топологию м/с
Большего не знаю.
передачу тепла внутри м/с там мне казались
основные проблемы требующие реального
моделирования. А мощности для питания гаджетов
хватит с лихвой, а вот автомобиль надо посмотреть.
Можете взять элемент Пельте и попробовать им заряжать, используя его как источник питания
греем другую охлаждаем. Тут можно говорить в
чем теоретически ошибается Виноградов. Но
я ошибки не увидел, эффект проверял, существует.
Я всегда боролся с шумами в электронике,
а тут как раз наоборот их надо использовать.
электронику не дороже любой микросхемы.
Т.е., чтобы источник шума стал источником энергии - приёмник должен меньше шуметь (температура у потребителя энергии должна быть меньше).
Солнечный свет - пример такого "шума".
При расчетах правда упускалась динамика распространения внутри м/с
Чисто логически. Если такая микросхема берет энергию на свой шум ниоткуда, то все эти эффекты должно начать проявляться уже в процессе изготовления, а значит, она должна нагреваться от омического сопротивления структур, т.е. она должна быть теплой, как кусок плутония или даже горячей, как большой кусок плутония.
Если она будет без нагрузки, то возможен пробой выходных ключей из-за неконтролируемого роста напряжения. Так что на кончике пера, минимальном знании основ электроники можно предположить, что будь такая штука реальной, она бы перегорела еще в процессе изготовления, до того, как подложку с такими микросхемами распилят на чипы)))
Если эта штука только пассивно шумит и для работы ей требуется подключение к питанию, входной сигнал, то больше, чем она ест от розетки, не выдаст
Поэтому и требуется макетная проработка.
М/с Материалы Виноградов частично убрал.
Так что сейчас трудно проверить еще раз
теорию, может, что и сдвинулось с мертвой
точки. Вроде в свое время Ангстрем согласен
был поработать над топологией м/с
Его можно объяснить только с точки
зрения ядерной реакции. А так тепла она
выделяет больше чем та электроэнергия.
которая к ней подводится.
Атут как элемент Пельтье только обе стороны
охлаждаются. Никто серьезно этим пока
не занимался
Если бы была ядерная реакция , то было бы гамма - излучение, которое выделяется во время почти любой ядерной реакции..
Но гамма излучение вряд ли способно нагреть тонкие металлические детали лампы. Это так сказать проникающая радиация и для ее преобразования в тепло требуется толща тяжелого металла, например свинца
Пока другого объяснения нет.
Как раз топология здесь самое важное.
А принцип работоспособен это само заряд
емкости, можете сами проверить.
Я такой и не слышал.
Ее структура нарисована на картинке
нагреть так, чтобы ушёл водород,
а углерод остался, тот получится
пористый материал, вполне (возможно)
пригодный для изготовления электрода
для аккумулятора.
(Или полипропилен.)
А деструкция полиэтилена - весьма неприятная реакция он плавится около 100 градусов , а разлагается выше 300. и то сначала идет деструкция, деполимеризация, ароматизация. При этом реакцию нужно вести в вакууме, так как в присутствие кислорода пойдет окисление.
4 патента, 3 полезных модели..., не всё , что с ИГ годится для ХИТ
и аккум, но есть старый японский патент по ИГ со ЩМ + ИГ с Hal
причём патент в общем виде , т.е всё и со всем...,
а для аккумуляторов и с/конд сегодня наиболее перспективны угл. стр-ру т/н луковицы...,
те. псевдо сферолитовые структуры из слоёв углерода, технологии их производства весьма
интересны...
=================
А почему аккумулятор имеет конечное число циклов заряда?
Почему ёмкость аккумулятора падает с каждым циклом зарядки?
Как правильно заряжать аккумулятор, чтобы его ресурс экономить?
Почему нельзя использовать водород вместо лития?
размеры которого на несколько порядков меньше
иона любого металла.
В данном случае стильбендикарбоновая кислота просто не будет диссоциировать и не обеспечит
необходимый ток заряда.
Так что водород используется, но в другом типе аккумулятор в кислотных, а у них недостаточная емкость и масса других недостатков
(К моему сожалению.)
Хотя у меня есть формула,
которая (я так предполагаю)
опишет все виды взаимодействий -
от микроуровня (внутриядерные,
внутри нуклонов) до макро (гравитация).
Я б давно уже написал уравнение,
которое аппроксимировало бы все
известные нам физические явления.
Но я потерял много времени,
пытаясь помирить здравый смысл
жидовскую дурь Эйнштейна.
А потом меня жиды
просто выкинули из науки.
К тому же химии интересны только внешние электронные оболочки атомов и их взаимодействие между собой.
здравый смысл - понятие относительное, вы не на то потратили время.
Я тоже в свое время не смог объяснить своему научному руководителю суть своей диссертации, благо, руководителей было двое, и от одного я смог отказаться, но это стоило мне 15-и лет
Неверный подход.
Все химические формулы являются следствием одного глобального правила.
И это правило не выводится из химических формул, но
химическими формулами подтверждается.
Т.е., химические формулы должны следовать из общей формулы (а не наоборот).
И из этой (общей) формулы должны следовать все остальные формулы (не только химические).
Все свойства химических элементов определяются свойствами протонов, нейтронов и электронов. И число этих свойств - конечно.
выглядит так:
Тут ядро G() - трёхмерный аналог функции sin(x)/x,
а нелинейность - F(U) === sign(U)
он станет металлом.
Водород - металл.
Т.е., водороду что-то мешает заменить литий.
ВОПРОС: Каких необходимых свойств (чтобы использовать водород в качестве ионов, переносящих заряд в аккумуляторе) нет у водорода, но которые есть у лития?
Чем металл литий принципиально отличается от металла водорода?
Может быть водород станет заменой литию при очень низких температурах?
Растворение водорода в металле...
В ней рассказывается о растворимости водорода в кристаллических решётках металлов.
Утверждается, что водород там находится в протонном состоянии.
Метал литий отличается от водорода тем, что он металл, а водород не металл. водород образует двухатомную молекулу, а литий не образует Литий вытесняет водород из кислот, воды, электродный потенциал лития -3 в, а водорода 0.
Водород в принципе не может заменить литий, все соединения лития - ионные, полностью диссоциированные, а водорода часто ковалентные полярные, степень диссоциации сильно зависит от вещества, среды в которой оно растворено,
К тому же при низких температурах любые вещества замерзают и в этом случае все ионные процессы прекращаются.
С кристаллическими решетками все не очень просто, например из платинового герметично закрытого сосуда водород прекрасно улетает)))
Ну в Сажа - это целый мир))) Саж - тысячи марок, и все с разными свойствами
Ну это вряд ли...
У меня (как это и должно быть у учёного) -
гипертрофированное (ненасытное) любопытство.
То, как работает аккумулятор -
меня давно занимает.
И вопрос: почему - литий хорош, а железо - плохо -
занимает до сих пор.
=======================
Ну а раз водород проходит сквозь платину, то
сделав двухслойную стенку сосуда,
сквозь которую мог бы проходить водород,
и если стенки электрически изолированы, то
получается аккумулятор, поскольку водород
в кристаллической решётке платины находится
в состоянии протона.
Т.е., между двумя слоями платины помещаем кремний -
вот вам и аккумулятор.
Да? Не знал.
Я был уверен, что водород
становится металлическим
при очень низкой температуре.
Про давление я не знал.
Представьте себе аппарат, герметически разделенный тонкой палладиевой перегородкой (мембраной) на две камеры. В одной из них находится бутилен, в другой - бензол. Жадный до водорода палладий вырывает его из молекул бутилена, газ проходит через мембрану в другую камеру и там охотно соединяется с молекулами бензола. Бутилен, у которого отняли водород, превращается в бутадиен (сырье для производства синтетического каучука), а бензол, поглотив водород, становится циклогексаном (из него изготовляют капрон и нейлон).
ВОПРОС: Текут ли при этом токи?
Нельзя ли тут получать электричество?
При 300° С через силикатное стекло, кроме гелия, проходит также водород
И я уверен: сквозь стекло проходит только протон.
Т.е., покрывая стенку стеклянного сосуда металлом изнутри и снаружи -
получим аккумулятор.
Бутилен поглощает водород гораздо более активно, чем бензол, Но и при этом реакция гидрирования требует температуры 200 -300 градусов и давления 10 -20 атмосфер и естественно многократного избытка водорода.
Чтобы были токи нужен электролит, нет электролита, нет токов, да и реакции эти не идут
то станут известны все свойства
протонов, нейтронов и электронов.
Все, даже те, которые мы сегодня не знаем.
Мы узнаем неизвестные свойства химических элементов.
Будут разработаны новые материалы и технологии.
Эффект будет не меньше, каковой был от таблицы Менделеева.
Для физики переоценить эффект от создания модели
генератора материи и поля вообще переоценить невозможно.
Но меня посетила такая идея: Если есть материал, который пропускает сквозь себя ядра водорода (протоны), то на этом свойстве материала можно построить аккумулятор, поскольку имеет место электрический ток.
Там написано:
Водород, присутствующий во внутренних объемах материала, большей частью представляет протоны, погруженные в электронное облако кристаллической решетки.
Наблюдаемое изменение пластичности стали при травлении в кислоте в течение 60 мин связано не с молекулярным водородом в коллекторах, а с растворенным в кристаллической решетке атомарным водородом (или протонами).
Водород находится в кристаллической решетке стали в атомарном состоянии, образуя со сталью твердый раствор внедрения, в молекулярном состоянии, а также в виде заряженных частиц — протонов.
Из того, что там написано можно сделать вывод: Протоны могут проникать только в металлы,
в которых электронный газ нейтрализует положительный заряд протона.
В диэлектрике может распространяться только атомарный водород
(поскольку в нём нет свободных электронов).
используя две металлические пластины, разделённые между собой тонким изолятором.
Изолятором может служить слой окиси алюминия.
Т.е., перегородка из двух алюминиевых пластин,
плотно спрессованных друг с другом, и
не имеющих между собой
электрического контакта -
может стать основой аккумулятора.
В диэлектриках связи между атомами в основном ковалентные или ионные и поэтому электроны не могут свободно перемещаться по кристаллу
Поздравляю, вы изобрели очередной велосипед)))
аккумулятор - это гальванический элемент, в котором реакции заряда -разряда обратимы. При разряде идет реакция идет в прямом направлении, а при заряде в обратном. В конденсаторе никаких реакций не происходит, только накопление электрического заряда между обкладками
Моет быть вы меня не правильно поняли?
Я предлагаю использовать поток протонов
(а значит - электрический ток) сквозь стенку сосуда.
Сквозь кристаллическую решётку металлов
(из-за наличия в них электронного газа)
протоны (в силу их малого размера)
проходят, как сквозь сито.
Имеет место положительный ток,
который полностью компенсирован
потоком свободных электронов.
Я ищу способ разделить эти два тока.
Тогда можно будет создать аккумулятор.
Пока я способа не нашёл.
чем атомарному водороду. А вот сквозь диэлектрики протонам проникать тяжело, из-за наличия у них электрического заряда.
и тут (кажется) ничего изменить не получится.
Можно попробовать реализовать электрический затвор,
регулирующий поток водорода сквозь кристаллическую решётку.
Вот только - практическое применение такого затвора не просматривается.
в которой не обладаешь компетентностью -
хороший признак, который указывает на то, что
процесс обучения идёт правильно.
=====================================
Моя специальность (как физика) ближе к математике, чем
к релятивизму. А релятивизмом я вынужден был начать заниматься,
поскольку наработал методы анализа нелинейных математических моделей,
которые раньше считались непробиваемыми аналитически.
Среди исследованных мной математических моделей я нашёл такие,
которые могли бы стать прототипами моделей генераторов материи и поля.
(Формулу я выписывал выше.)
Пытаясь обобщить эту модель на релятивизм,
я вынужден был разобраться в Специальной
Теории Относительности. (И, поначалу, тоже -
изобретал велосипеды.)
Потом нашёл ошибки в СТО, и написал Master Theory.
Теперь мой генератор согласуется с опытом Майкельсона-Морли.
зарядив внешнюю оболочку положительно,
то можно инициировать (управлять) потоком
протонов сквозь стенку сосуда.
Вы так и не поняли разницы между конденсатором и гальваническим источником тока.
Водород легко проходит далеко не через все металлы -палладий, платина, никель - вот и все(((
Диэлектрики - они разные, например через полиэтилен проходит углеводороды, в том числе и жидкие, это явление называется миграция
Комментарий удален модератором
Комментарий удален модератором