Американські вчені створили акумулятор на основі рідких металів, розділених електролітом з органічної речовини, який працює при кімнатній температурі. У ролі аноду виступає сплав натрію з калієм, а в ролі катода - рідкі сплави на основі галію. Дослідження опубліковано в.
У 1800 році Алессандро Вольта поєднав дротом цинкову і мідну пластини і опустив їх у кислоту, отримавши перше електрохімічне джерело струму. Розташувавши по черзі катоди і аноди, розділені просоченим електролітом сукном, вчений створив прабатьок сучасних батарей. Відтоді технології отримання електрики з енергії хімічних реакцій значно розвинулися. Минулої осені хімікам, які розробили нині широко застосовувані літій-іонні акумулятори, вручили Нобелівську премію.
І все ж, акумулятори з твердими електродами мають ряд недоліків, які можна частково усунути, якщо замінити анод і катод на рідкі метали. Акумулятори з такими електродами, на відміну від твердотільних, не утворюють дендритів, які можуть призводити до короткого замикання, можуть самовідновлюватися і працюють швидше. Крім характеристик на зразок високої енергоємності і великої кількості циклів перезарядки, які вже демонстрували творці рідких акумуляторів, джерела струму повинні працювати при кімнатній температурі.
Юй Дін (Yu Ding) і його колеги з Техаського університету в Остіні створили перший у своєму роді акумулятор, який складається з рідких електродів і електроліту і може працювати при 20 градусах Цельсія. Враховуючи температури плавлення, поширеність елементів у природі, токсичність і тиск парів, дослідники вибрали в якості негативно зарядженого електрода сплав натрію з калієм, а роль катода виконували сплави на основі галію з індієм або оловом.
В умовах кімнатних температур метали залишалися рідкими, а їх розчинність в типових органічних електролітах виявлялася незначною, перешкоджаючи саморозрядці. Рідкий анод добре змочував матеріали в місцях контактів з твердими сталевими провідниками електрики. Для кращої взаємодії галієвих сплавів з контактами при виведенні електрики, вчені покрили ці ділянки шаром золота.
Дослідження розділу фаз сплаву натрію з калієм і органічного електроліту методом мас-спектрометрії вторинних іонів вказали на те, що між ними утворюється стабільна двошарова інтерфаза. Протягом 100 циклів акумулятор з натрієво-калієвим анодом і катодом зі сплаву галію та індія стабільно виконував свої функції. Ємність при цьому зберігалася вище 450 міліампер-год на кубічний сантиметр.
За словами авторів, незважаючи на відносно високу вартість галію зараз, їх робота показує можливість створення екологічних акумуляторів з різними рідкими металевими електродами. Собівартість такого електрохімічного джерела струму можна знизити без значних втрат в ефективності, замінивши індій на більш дешеве олово. Дослідники стверджують, що акумулятори, в яких в якості аноду буде використано сплав галію з індієм і оловом, зможуть виробляти електрику навіть при негативних температурах аж до -13 градусів Цельсія.
Більше про хімічні джерела електроенергії, їх різноманітність і перспективні розробки читайте в нашому матеріалі «Хімія і струм».
