Jednym z perspektywicznych rozwiązań w budowie akumulatorów na potrzeby magazynowania energii elektrycznej są akumulatory z elektrodami opartymi na płynnych metalach (z ang. LMB – liquid metal batteries). Wykorzystują one płynny roztwór soli jako elektrolit, a płynny metal jako elektrody. Ze względu na to, że wszystkie elementy zachowują ciekły stan skupienia, ich elektrody nie ulegają degradacji typowej dla zwykłych akumulatorów. Przyjmuje się, że po dziesięciu latach użytkowania akumulator LMB może zachować 85% pojemności. Niestety, dotychczasowe akumulatory tego typu nadają się głównie na magazyny energii w zastosowaniach stacjonarnych, gdyż ich płynna struktura mogłaby łatwo ulec degradacji pod wpływem dynamicznych obciążeń.
Przełomem technologicznym w budowie akumulatorów LMB do zastosowań mobilnych może okazać się metoda otrzymywania metalicznego żelu, opracowana przez naukowców z Teksańskiego Uniwersytetu A&M. Zespół prof. Michaela J. Demkowicza dokonał odkrycia żelu podczas badań nad zachowaniem kompozycji tantalu (25%) i miedzi (75%) w wysokich temperaturach. Normalnie oczekiwanym zachowaniem po osiągnięciu temperatury topnienia miedzi byłoby jej wypłynięcie. Nic takiego jednak nie nastąpiło. Nawet przy zawartości 18% tantalu, kompozycja zachowała stabilność po osiągnięciu temperatury topnienia miedzi. Badanie tomografem komputerowym wykazało obecność w materiale strukturalnego rusztowania, zbudowanego z tantalu w stanie stałym, utrzymującego stabilność przestrzenną materiału, również po osiągnięciu przez miedź temperatury topnienia.
W celu zbadania przydatności odkrycia w budowie akumulatorów LMB, zespół prof. Demkowicza przygotował dwie elektrody z metalicznego żelu: anodę z płynnego wapnia i katodę z płynnego bizmutu – w obu przypadkach na rusztowaniu z żelaza. Elektrody zanurzono w rozgrzanym roztworze soli, uzyskując przepływ ładunków i potwierdzając funkcjonalność akumulatora LMB z żelowymi elektrodami. Zdaniem prof. Demkowicza, dla zwiększenia integralności strukturalnej takich akumulatorów, ich elektrolit również mógłby być żelowy, wykonany roztworu soli na rusztowaniu ceramicznym. Wysoka temperatura działania takich akumulatorów czyni je idealnymi kandydatami do zasilania w energię elektryczną systemów pokładowych przyszłościowych hipersonicznych statków powietrznych.
engineering.tamu.edu
