Улаанбаатар /МОНЦАМЭ/. Далайн хүрэн замагнаас гарган авсан целлюлозын гаралтай нано материалыг ашиглан цэнэг хураагуурын маш бат бөх, шинэ төрлийн тусгаарлавчийг /сепаратор/ эрдэмтэд бүтээжээ. Их Британийн Бристолийн их сургуулийн хэсэг судлаачдын энэхүү бүтээл нь лити-ионы батарейтай харьцуулахад экологид илүү ээлтэй, эдийн засгийн хувьд илүү үр ашигтай эрчим хүч хадгалагч төхөөрөмжийг зохион бүтээх эхлэлийг тавилаа. 

Өдгөө өргөн ашиглагдаж буй лити-ионы цэнэг хураагуурыг /батарей/ үйлдвэрлэхийн тулд лити, кобальт, никель, марганц зэрэг ховор ашигт малтмалыг их хэмжээгээр олборлоход хүрдэг. Иймээс ийм төрлийн батарейг орлож чадахуйц өөр хувилбаруудыг бий болгох, тухайлбал натрийн-ионы батарейг бүтээх аргыг эрдэмтэд хайсаар байгаа билээ. “Онолын хувьд багтаамж ихтэй, олдоц сайтай натри бол эрчим хүч хадгалах системд зориулсан анодын материал болохын хувьд литийг орлож чадахуйц, эдийн засгийн хувьд илүү үр ашигтай, багтаамж ихтэй хувилбар мөн” гэж Advanced Materials сэтгүүлд Британийн судлаачид тайлбарлан бичжээ.

Онолын хувьд 1165 милли-ампер цаг /mAh/ багтаамжтай металл натрийн цэнэг хураагуур нь энергийг хадгалах хамгийн хямд төсөр бөгөөд бүтээмж өндөртэй системүүдийн нэг юм. Харин батарейг зохион бүтээж, боловсронгуй болгоход учирч буй гол бэрхшээлүүдийн нэг бол натрийн хатуу “өргөснүүд” болох дендритүүд урган томорч, хоёр электродын дундах тусгаарлагч мембраныг хатгаж цоолсны улмаас богино холбоо үүсдэг явдал юм. Өөр нэг дутагдалтай тал бол ашиглах хугацаа. Тодруулбал, цэнэглэгдэх/цэнэг алдах мөчлөгүүдийг тодорхойлдог цахилгаан химийн урвалын хурд нь литийн батарейнд явагддаг урвалтай харьцуулахад хамаагүй илүү удаан. Хоёрдогч урвалууд явагдсанаар электролит шавхагдаж, үүний улмаас цэнэг хураагуур нь эрчим хүчний багтаамжаа алдахад хүрнэ. Иймээс уг хоёр асуудлыг шийдэх хувилбаруудыг судлаачид хайсаар ирсэн юм.

Замагнаас гаргаж авсан целлюлозын нано талстууд

Аккумуляторын тусгаарлавчийн үүрэг бол системийн функционал хэсгүүдийг /эерэг ба сөрөг цэнэгтэй төгсгөлүүд/ тусгаарлаж, цэнэг шилжилтийг чөлөөтэй болгох явдал гэдгийг Бристолийн хүрээлэнгийн нийлмэл материал судлалын докторант, шинэ технологийн бүтээх судалгааг санаачлагч Зин Ванг тайлбарлаж байна.

Бристолийн их сургуульд өмнө нь хийж байсан судалгааны ажлуудад тулгуурлан, Эзэн хааны коллеж ба Лондоны их сургуулийн коллежтой хамтран ажилласны үр дүнд судлаачдын багийнхан хүрэн замагнаас гарган авсан целлюлозын нано материалаар тусгаарлавчийг хийжээ. Ингэснээр дээр дурдсан бэрхшээлүүдийг шийдэх боломж гарч ирлээ. Тодруулбал, эдгээр нано материалуудыг агуулсан ширхэглэгүүд нь натрийн электродуудын талстууд сепараторт нэвтрэхээс хамгаалах төдийгүй цэнэг хураагуурын багтаамжийг ихэсгэж,  үр ашгийг нь дээшлүүлнэ.

Шинэ сепараторыг бүтээхийн тулд полиэфиримидийн ширхэглэгүүдэд 10 нанометр голчтой, 200 нанометр урттай замагнаас гарган авсан целлюлозын нано талстуудыг шингээсэн байна. Дараа нь энэхүү нийлмэл материалыг электроспиннингийн аргаар маш нимгэн, цэнэгтэй утас болгон хувиргана. Ийм утасны тусламжтайгаар илүү бат бөх сепараторыг хийх боломжтой. Ер нь бол, целлюлозын нано талстуудыг мод, маалинга зэрэг бусад материалаас ч гарган авч болно. Гэхдээ замагнаас гарган авсан нано талстууд нь илүү урт гэдгээрээ давуу талтай. Үүний дүнд гар утас гэх мэт төхөөрөмжүүдийн тэжээлийн гол элемент болох натрийн цэнэг хураагуурын ашиглалтын хугацаа хамаагүй уртасна гэдгийг судлаач Ванг дурдлаа. 

Илүү цэвэр бөгөөд илүү тогтвортой энерги хуримтлуулагч

Симметр элементүүдийн гүйдлийн өндөр нягтралтай үед (1 ба 3 мА/см2 үед ≥ 1000 мөчлөг, 5 мА/см2 үед ≥ 700 мөчлөг) мөчлөгийн давтамж нь карбонат электролитүүдэд урьд хожид байгаагүйгээр удаан үргэлжилнэ. Энэхүү батарей нь удаан хугацаанд тогтвортой ажиллаж, 1000 мөчлөгийн туршид энергийн өндөр нягтралыг хадгалах боломжтой гэдгийг туршилтын явцад тогтоосон байна. 

Уг судалгааны дүнд үйлдвэрлэх явцад байгаль орчинд илүү ээлтэй натрийн батарейг зохион бүтээх боломжтой гэдгийг эрдэмтэд баталжээ. “Экологид илүү ээлтэй, хүрээлэн буй орчинд хор хохирол учруулдаггүй, энергийг хадгалах арга хэлбэрүүд бий гэдгийг бидний хийсэн батлан туршилт харууллаа” хэмээн Бристолийн Нийлмэл материалын хүрээлэнд хийсэн уг судалгааны ажлын удирдагч Стив Эйххорн ярьж байна. Гэтэл лити хэмээх мөнгөлөг цагаан өнгөтэй металлыг Чили, Боливи, Аргентин зэрэг улсад маш хүнд нөхцөлд асар их ус хэрэглэн олборлодог бөгөөд байгаль орчныг асар ихээр бохирдуулдаг ажээ.

Үүний зэрэгцээ дэлхий даяараа ашигт малтмалаас гарган авдаг түлшнээс аль болохоор татгалзаж, аккумулятор хэрэглэхийг илүүд үзэх болсон байна. Гэтэл аккумулятор үйлдвэрлэхэд өргөн хэрэглэгддэг лити бол шавхагдашгүй эх үүсвэр биш ээ! Цаашдаа литийн хомсдол үүсэх нь нэгэнт ойлгомжтой тул олдоц сайтай, тогтвортой эх үүсвэрүүдийг хайхад хүрч байгаа юм. Харин шинэ төрлийн сепараторыг хийхэд ашиглах натри ба хүрэн замгийг далайн уснаас хялбархан аргаар олборлох боломжтой. 

Их Британийн эрдэмтдийн хийсэн судалгааны ажил нь тогтвортой, хямд төсөр бөгөөд аюулгүй натрийн цэнэг хураагуурыг зохион бүтээх замыг нээн өгч байгаа бөгөөд эл аргыг лити, натриас гадна бусад шүлтийн металлд суурилсан батарейг хийхэд ч ашиглах боломжтой гэж судлаачид үзэж байна.

Б.Адъяахүү

Эх сурвалж: New-Science.ru