AI Prompts Example
Удивительно простое изменение может значительно повысить мощность натрий-ионных батарей, а также открыть возможности для превращения морской воды в питьевую. Исследователи из Университета Суррея обнаружили, что оксид ванадия натрия работает гораздо лучше, когда содержащаяся в нем природная вода остается внутри, а не удаляется в процессе производства.
Натрий-ионные батареи могут предложить более экологичный способ хранения больших объемов энергии, а новые исследования показывают, что в конечном итоге они могут послужить еще одной важной цели: помочь удалить соль из морской воды.
Ученые из Университета Суррея обнаружили, что материал батареи на основе натрия работает гораздо лучше, если в нем сохраняется естественное содержание воды. Исследователи батарей часто удаляют эту воду, поскольку влага обычно считается вредной для материалов батарей. Однако в данном случае ее сохранение привело к значительному улучшению.
Более доступная альтернатива литию
В настоящее время литий-ионные батареи используются в большинстве смартфонов, ноутбуков, электромобилей и многих крупных системах хранения энергии. Они способны накапливать значительные объемы энергии, но литий и некоторые другие материалы, используемые в этих батареях, могут быть дорогими в производстве и влечь за собой существенные экологические издержки.
Натрий гораздо более распространён и широко используется. Он содержится в морской воде, соляных отложениях и многих минералах, что делает его привлекательным кандидатом для более экономичного хранения энергии. Натрий-ионные батареи работают по принципу, во многом схожему с литий-ионными батареями: заряженные частицы натрия перемещаются между двумя электродами во время зарядки и разрядки батареи.
Главным препятствием является производительность. Многие материалы для натрий-ионных батарей пока не могут сравниться с литий-ионными технологиями по объему накапливаемого заряда, скорости зарядки и продолжительности работы.
Оставление влаги в материале повысило его производительность.
В исследовании, опубликованном в журнале Journal of Materials Chemistry A , ученые изучили оксид ванадия натрия — натрийсодержащий материал, который изучается уже много лет.
Их внимание было сосредоточено на форме, называемой наноструктурированным гидратом ванадата натрия (NVOH). Слово «гидрат» означает, что молекулы воды встроены в структуру материала. Наноструктурированный характер относится к элементам, созданным в чрезвычайно малом масштабе, где изменения формы и расположения могут сильно влиять на движение ионов в батарее.
Вместо того чтобы нагревать материал для удаления воды, команда провела эксперимент, чтобы выяснить, что произойдет, если вода останется.
В результате произошло значительное улучшение. Гидратированный материал накапливал гораздо больше заряда, заряжался намного быстрее и продолжал надежно работать более 400 циклов зарядки. Цикл зарядки представляет собой одно полное использование батареи, от зарядки до разрядки и обратно.
В лабораторных условиях версия, содержащая воду, удерживала почти вдвое больший заряд, чем типичные материалы для натрий-ионных батарей. Такой уровень производительности позволил отнести её к числу самых мощных катодных материалов, известных для этого типа батарей.
Катод — один из двух основных электродов батареи. Он играет центральную роль в хранении и высвобождении заряженных частиц, поэтому улучшение катода может значительно увеличить общую емкость и производительность батареи.
Доктор Даниэль Коммандер, научный сотрудник Школы химии и химической инженерии Университета Суррея и ведущий автор статьи, сказал:
«Наши результаты оказались совершенно неожиданными. Оксид ванадия натрия существует уже много лет, и обычно его подвергают термической обработке для удаления воды, поскольку считается, что это вызывает проблемы. Мы решили проверить это предположение, и результат превзошел все наши ожидания. Материал продемонстрировал гораздо более высокие характеристики и стабильность, чем предполагалось, и может даже открыть новые захватывающие возможности для использования этих батарей в будущем».
Материал батареи также работал в соленой воде.
Затем исследователи поместили материал в соленую воду — особенно требовательную среду для компонентов батареи. Соленая вода может вызывать нежелательные химические реакции и препятствовать движению ионов, что затрудняет нормальное функционирование многих материалов.
Несмотря на эти условия, гидрат ванадата натрия продолжал эффективно работать.
Система также начала удалять растворенную соль. Материал на основе натрия извлекал натрий из воды, а графитовый электрод удалял хлорид. Натрий и хлорид — два основных заряженных компонента поваренной соли.
Этот процесс известен как электрохимическое опреснение. Вместо использования только давления или тепла для отделения соли от воды, электрохимическое опреснение использует электрические реакции и специально подобранные электроды для извлечения заряженных частиц соли из раствора.
Доктор Коммандер добавил:
«Возможность использования гидрата ванадата натрия в соленой воде — это действительно захватывающее открытие, поскольку оно показывает, что натрий-ионные батареи могут не только накапливать энергию, но и помогать удалять соль из воды. В долгосрочной перспективе это означает, что мы, возможно, сможем разработать системы, которые будут использовать морскую воду в качестве совершенно безопасного, бесплатного и доступного электролита, одновременно производя пресную воду в процессе».
Электролит — это вещество, позволяющее заряженным частицам перемещаться между электродами батареи. В большинстве коммерческих батарей используются специально разработанные жидкие или твердые электролиты. Если бы морская вода в конечном итоге смогла безопасно и эффективно выполнять эту роль, это позволило бы снизить материальные затраты и добавить системе еще одну функцию.
Одна из технологий могла бы одновременно накапливать энергию и производить пресную воду.
Полученные результаты открывают возможность создания в будущем устройств, сочетающих в себе накопление энергии и очистку воды. Такие системы потенциально могли бы накапливать электроэнергию от солнечных батарей или ветряных турбин, одновременно удаляя соль из морской воды.
Это может быть особенно полезно в прибрежных регионах, где доступ к пресной воде ограничен, но морская вода и возобновляемая энергия легко доступны. Однако исследования пока находятся на ранней стадии, и потребуется больше испытаний, прежде чем этот подход можно будет использовать в коммерческих батареях или крупных системах опреснения.
Это открытие также может укрепить аргументы в пользу натрий-ионных батарей как альтернативы литийсодержащим технологиям. Поскольку натрий широко распространен и относительно недорог, натрий-ионные системы могут стать более безопасным и экологичным вариантом для хранения возобновляемой энергии в электросети или для питания электромобилей.
Метод, предложенный командой из Суррея, также может упростить производство батарей. Вместо добавления еще одного этапа производства для удаления воды из материала, производители потенциально могут оставлять ее на месте, получая при этом лучшие характеристики.
Опровергнув давнее предположение о влаге, исследователи нашли простой способ улучшить существующий материал для батарей. Их результаты приближают высокоэффективные системы хранения энергии на основе ионов натрия к практическому применению и намекают на будущее, в котором одно устройство сможет одновременно хранить чистую энергию и помогать превращать морскую воду в пресную.
Vanishingly subtle humor
(c) by Valery Shmelev If you want to have an advantage
The word Oflameron is an artificially created word by Valery Shmelev in 1994
https://www.tumblr.com/blog/sci-fi-screenplay
https://github.com/vallshmeleff/ai-prompts-for-screenplay-plan/tree/main
https://www.tumgik.com/sci-fi-screenplay
No comments:
Post a Comment