Теперь, Sadoway и его команда нашли еще одну компанию химических избирателей, которые могли сделать технологию еще более практичной и доступной, и открыть всю семью потенциальных изменений, которые могли использовать местные ресурсы.О последних результатах сообщает в журнале Nature Communications в статье Sadoway, который является профессором Джона Ф. Эллиотта Химии Материалов и postdoc Takanari Ouchi, наряду с Ходжонгом Кимом (теперь преподаватель в Университете Государственного университета Пенсильвании) и студент доктора философии Брайан Спэтокко в MIT. Они показывают, что кальций, богатый и недорогой элемент, может сформировать основание и для отрицательного слоя электрода и для расплава солей, который формирует средний слой батареи с тремя слоями.Это было очень неожиданным открытием, говорит Сэдоуей.
У кальция есть некоторые свойства, которые заставили его походить на особенно маловероятного кандидата, чтобы работать в этом виде батареи. С одной стороны, кальций легко распадается в соли, и все же фундаментальное свойство жидкой батареи – то, что каждый из ее трех элементов формирует отдельный слой, на основе различных удельных весов материалов, очень поскольку различные ликеры отделяются в некоторых коктейлях новинки. Важно, чтобы эти слои не смешались на их границах и поддержали свои отличные тождества.
Это была кажущаяся невозможность создания работы кальция в жидкой батарее, которая привлекла Ouchi к проблеме, говорит он. «Это было самой трудной химией», чтобы сделать работу, но обладало потенциальными преимуществами из-за низкой стоимости кальция, а также ее врожденного высокого напряжения как отрицательный электрод. «Для меня я являюсь самым довольным тем, что является самым трудным», говорит он – который, Sadoway указывает, очень типичное отношение в MIT.Другая проблема с кальцием – своя высокая точка плавления, которая вынудила бы жидкую батарею работать на уровне почти 900 градусов Цельсия, «который смешон», говорит Сэдоуей.
Но обе из этих проблем были разрешимы.Во-первых, исследователи занялись температурной проблемой, сплавив кальций с другим недорогим металлом, магнием, у которого есть намного более низкая точка плавления.
Получающееся соединение обеспечивает более низкую рабочую температуру – приблизительно 300 градусов меньше, чем тот из чистого кальция – все еще держа высоковольтное преимущество кальция.Другие ключевые инновации были в формулировке соли, используемой в среднем слое батареи, названном электролитом, то обвинение, которое должны пересечь перевозчики или ионы, поскольку батарея используется. Миграция тех ионов сопровождается электрическим током, текущим через провода, которые связаны с верхними и более низкими литыми металлическими слоями, электродами батареи.Новая соленая формулировка состоит из соединения литиевого хлорида хлорида и кальция, и оказывается, что магниевый сплав кальция не распадается хорошо в этом виде соли, решая другой вызов использованию кальция.
Но решение той проблемы также привело к большому удивлению: Обычно есть единственный «странствующий ион», который проходит через электролит в аккумуляторе, например, литии в литий-ионных аккумуляторах или натрии в сере натрия. Но в этом случае, исследователи нашли, что многократные ионы в электролите расплава солей способствуют потоку, повышая полную энергетическую продукцию батареи.
Это было полностью случайным открытием, которое могло открыть новые проспекты в дизайне батареи, говорит Сэдоуей.И есть другая потенциальная большая премия в этой новой химии батареи, говорит Сэдоуей. «Здесь есть ирония.
При попытке найти, что рудные тела высокой чистоты, магний и кальций часто находятся вместе», говорит он. Это прилагает большие усилия и энергию очистить один или другой, удаляя кальций «загрязнитель» из магния или наоборот. Но так как материал, который будет необходим для электрода в этих батареях, является смесью этих двух, может быть возможно экономить на начальных затратах на материалы при помощи «более низких» сортов двух металлов, которые уже содержат часть из другого.«Есть целый уровень оптимизации системы поставок, о которой не думали люди», говорит он.
Sadoway и Ouchi подчеркивают, что эти конкретные химические комбинации – просто верхушка айсберга, которая могла представлять отправную точку для новых подходов к созданию формулировок батареи. И так как все эти жидкие батареи, включая оригинальные жидкие материалы батареи из его лаборатории и разрабатываемых в Ambri, использовали бы подобные контейнеры, изолируя системы и системы электронного управления, фактическая внутренняя химия батарей могла продолжить развиваться со временем. Они могли также приспособиться, чтобы соответствовать местной доступности условий и материалов, все еще используя главным образом те же самые компоненты.
«Урок здесь должен исследовать различную химию и быть готов к изменению состояния рынка», говорит Сэдоуей. То, что они развивали, «не является батареей; это – целая область батареи.
Когда время проходит, люди могут исследовать больше частей периодической таблицы», чтобы найти еще лучшие формулировки, говорит он.