Бытовая электроника развивается с огромной скоростью. Вычислительная мощность мобильных устройств увеличивается в экспоненциальной прогрессии, в то время как новые ноутбуки теперь можно сложить пополам и превратить в планшеты. В отличие от аппаратных платформ, сегмент аккумуляторных батарей находится скорее в стагнации. Большинство передовых разработок так и не суждено выйти за пределы научных лабораторий по всему миру. Однако исследования натрий-воздушных батарей в потенциале могут обернуться без малого революцией в этом сегменте, которую все мы так долго ждали.

На данном этапе источниками питания для самых современных мобильных устройств в большинстве случаев выступают литий-ионные аккумуляторы. Они обеспечивают приемлемый срок автономной работы смартфонов и планшетов. Тот же iPhone 5 может проработать около 8 часов в режиме разговора или передачи данных через 3G и LTE, 10 часов в режиме воспроизведения видео или 40 часов в режиме воспроизведения аудио. Но пользователи хотят большего.

Когда вы используете сразу несколько этих функций одновременно, батарея телефона садится очень быстро. Внутри смартфона находится литий-ионный аккумулятор, который генерирует электроэнергию с помощью химических реакций с участием активного материала. Вес используемого материала является важным фактором при проектировании батареи, так как применение тяжелого аккумулятора обернется утяжелением мобильного устройства и снижением его привлекательности в глазах потребителей. Чтобы генерировать энергию с помощью легкого материала, необходимо использовать реакцию окисления. Учитывая доступность кислорода в большом количестве, не придется включать в конструкцию системы хранения энергии дополнительный материал, который будет катализатором окисления, что сделает батарею легче. Аккумулятор такого типа будет иметь постфикс “- воздушный”.

Ученые предполагают, что отсутствие необходимости использования катализатора в батарее позволит интенсифицировать выработку электроэнергии. В то время как энергоемкость литий-ионного аккумулятора составляет около 200 Вт-ч / кг, литий-воздушные батареи могут достигать энергоемкости вплоть до 3460 Вт-ч / кг. К сожалению, организация химических процессов внутри литий-воздушных батарей настолько сложна, что исследователи начали переключать свое внимание на натрий-воздушные аккумуляторы. Потенциал последних значительно ниже, чем в случае литий-воздушных (энергоемкость натрий-воздушных аккумуляторов составляет около 1600 Вт-ч / кг), но все же он выше, чем у литий-ионных. При этом данные батареи намного проще создавать, чем литий-воздушные.

Литий и натрий находятся в общей группе химических элементов, но с кислородом они взаимодействуют по-разному. В случае реакции с литием на поверхности раздела анод-электролит батареи появляется крайне нестабильный оксид LiO2, который быстро преобразуется в Li2O2. Натрий формирует с кислородом гораздо более устойчивый оксид NaO2, который не разлагается, что позволяет добиться обратимости реакции для выполнения зарядки аккумулятора. Применение натрия имеет и другие положительные стороны. Данный химический элемент гораздо более распространен и дешев, чем литий. Натрий-воздушные батареи также демонстрируют в 3-4 раза меньшее перенапряжение, чем литий-воздушные. Это уменьшает потери энергии.

Специалисты также отмечают, что на данном этапе емкость натрий-воздушных аккумуляторов падает после каждой перезарядки, и после восьми циклов зарядки / разрядки аккумуляторы полностью теряют работоспособность. Сейчас ученые пытаются выявить химические механизмы, которые ответственны за ограничение срока жизни батарей. Будем надеяться, что они смогут определить и успешно ликвидировать проблему, а затем коммерциализируют аккумулятор, который сможет запитывать наши мобильные устройства в течение длительного периода времени.

http://himprom.ua/buducshee-za-natrij-vozdushnymi-batareyami-new4995