Существующая технология
Электрохимический аккумулятор — специально разработанное устройство, где выработка энергии происходит благодаря химическим процессам. Энергия, выделяемая при химических реакциях, преобразовывается в электрическую, далее отдает заряд для различных приборов, устройств. Процесс этот обратимый. При разряде батареи электрическая энергия переходит в химическую, накапливая при этом энергетический запас.
Для запасания большого объема энергии чаще используются литий-ионные аккумуляторы, пришедшие на смену свинцово-кислотным и никель-металлогидридным. Но в литий-ионных аккумуляторах используются дорогостоящие материалы и стоимость таких аккумуляторов высока. Именно эта проблема вдохновила ученую из Брянска Полину Морозову на создание аккумулятора на основе других, более экономичных щелочных металлов.
Новая разработка
Так появился прототип калий-ионного аккумулятора. По надёжности такие аккумуляторы не уступают литиевым аналогам и по себестоимости они выгоднее более чем в два раза. Стоит сказать, что калий-ионные уступают литий-ионным в плотности запасаемой энергии, следовательно, область их применения ограничена: это может быть малогабаритная техника или стационарные аккумуляторные системы: источники бесперебойного питания, аккумуляторы для систем альтернативной выработки энергии — солнечные панели, ветряные электростанции, но калий-ионные аккумуляторы показывают иные конкурентные параметры: подряжаются быстрее, чем, например, свинцовые(зарядка может идти от 1 до 10 часов, в зависимости от размера аккумулятора) и с незначительной потерей емкости. На данный момент аккумуляторы имеют несколько сотен полных циклов заряда и разряда, в будущем планируется доработка до нескольких тысяч.
Кроме того, значительный выигрыш в стоимости аккумулятора достигается за счет удешевления всех компонентов.
«Катодный материал на основе гексацианокомплексов — переходных металлов является одним из рекордсменов по плотности энергии среди не только калиевых, но и литий- и натрий-ионных систем – более 450 кВт ч/г. Разработанный анодный материал имеет не менее впечатляющие энергетические характеристики, кроме того, наши расчеты показывают, что цена за 1 кВт ч оказывается ниже, чем в случае литиевого, на 47%, потому что мы используем другие материалы, стоимость которых на порядок дешевле, поэтому, я считаю, что наша аккумуляторная система обладает большим потенциалом для серийного производства и применения», — говорит автор разработки Полина Морозова.
Цель
Главная мечта молодой ученой — добиться успеха в своем деле и сделать так, чтобы калий-ионные аккумуляторы были доступны всем, чтобы их можно было купить в обычном магазине, но до этого пока далеко. Пока Полина и ее команда отрабатывают методики и технологии сборки калий-ионного аккумулятора, состоящего из катода, безводной электролитной композиции и анода. Каждый из этих компонентов имеет уникальные характеристики.
«Для нашей страны — это единственный пример реализации технологии сборки полных калийных ячеек. Мы опережаем импорт» — комментируют разработку российские эксперты.