Недавно исследовательская группа, возглавляемая профессором Чаншином Джо (Институт технологии черных металлов и энергетических материалов (GIFT), факультет химической инженерии) и доктором философии Хебин Чжонгом (химическая инженерия) в POSTECH, добилась успехов в этой области, подтвердив превосходные характеристики аккумуляторов для морской воды (SWB), которые содержат хелатирующие соединения. агенты. Их выводы были опубликованы в Журнал химической инженерии.

Литий-ионные аккумуляторы получили повсеместное распространение в портативных электронных устройствах и автомобильных аккумуляторах. Однако они не лишены ограничений, поскольку представляют опасность взрыва и могут прийти в негодность при истощении запасов лития. Для решения этих проблем в настоящее время ведется разработка аккумуляторов следующего поколения. Среди них батареи на морской воде представляют собой многообещающий вариант, который использует ионы Na, содержащиеся в морской воде, для выработки энергии. Эти батареи обладают неоспоримым преимуществом легкой доступности ресурсов и являются экологически чистыми, поскольку не требуют отдельных процессов обработки.

Высокую соленость морской воды можно объяснить присутствием Na-ионов, которые используются батареями на морской воде для выработки и накопления электрической энергии при их перемещении взад и вперед между катодом и анодом. Однако одной из проблем при использовании гексацианоферрата никеля (NiHCF) в качестве материала для интеркалирующего катода для SWBS является высокая вероятность дефектов при изготовлении. Чтобы решить эту проблему, исследовательская группа синтезировала NiHCF с хелатирующим агентом (образец А) и сравнила его характеристики с необработанным NiHCF (образец В), чтобы оценить эффективность хелатирующего агента.

При взгляде на два образца под микроскопом обнаруживается поразительная разница в их форме и структуре. Образец В состоит из случайно агрегированных первичных частиц наноразмерного размера с образованием частиц микроуровня, тогда как образец А содержит отдельные частицы кубической формы размером 200-300 нанометров. Хотя размер отдельных частиц образца В меньше, он менее выгоден для производства аккумуляторных батарей из-за агрегации множества частиц в более крупные когезионные структуры.

Исследователи дополнительно оценили электрохимические характеристики обоих образцов. Во-первых, они измерили содержание воды, и было обнаружено, что в образце А содержание воды было ниже, чем в образце В. Как правило, более высокое содержание воды имеет тенденцию ухудшать электрохимические характеристики. Кроме того, измерения тока и напряжения показали, что образец А обладает высокой энергетической эффективностью и производительностью.

Исследовательская группа достигла новаторского результата, выполнив 2000 циклов зарядки и разрядки аккумуляторов с использованием двух образцов, где образец А продемонстрировал замечательную степень сохранения емкости - примерно 92,8%. Кроме того, наблюдалось снижение частоты образования дефектов, предыдущего недостатка NiHCF, до 6% в образце A.

Результаты исследования демонстрируют превосходную производительность, достигаемую добавлением хелатирующего агента к гексацианоферрату никеля и использованием его в качестве катодного материала в батареях на морской воде. Это открытие может способствовать разработке аккумуляторов на морской воде в качестве многообещающего кандидата для систем хранения энергии следующего поколения.

Эта работа была поддержана Корейским институтом оценки и планирования энергетических технологий (KETEP) и Национальным исследовательским фондом Кореи (NRF).