Группа ученых из Техасского университета A&M впервые в мире создала уникальный металлический гель, который обещает значительно улучшить технологии хранения энергии и работу аккумуляторов. Открытие может повлиять на развитие электроники, энергетики и промышленных процессов, где важны долговечность и высокая проводимость материалов.
Об этом сообщает ProIT
Как ученые получили металлический гель
Исследование под руководством профессоров Майкла Демковица и Чарльза Боренштейна началось с изучения поведения смеси металлов под воздействием очень высоких температур. В одном из экспериментов команда нагрела смесь меди и тантала. Результат удивил: медь расплавилась, а тантал остался твердым, образовав тонкую каркасную структуру. Именно в этом каркасе жидкая медь была «захвачена», создав устойчивую гелеподобную массу, которая сохраняла свою форму даже при экстремальных температурах.
В отличие от традиционных гелей, которые формируются из органических материалов и удерживают жидкость при комнатной температуре, металлический гель требует нагрева до около 1000°C. Благодаря этим свойствам, разработанный материал может найти применение в устройствах для накопления энергии и промышленных установках, где требуется стабильная работа при высоких температурах.
“Ранее о металлических гелях не сообщалось, вероятно, потому, что никто не думал, что жидкие металлы могут поддерживаться внутренним надтонким каркасом. В этом случае удивительно то, что когда основной компонент — медь — расплавился, она не просто растеклась в лужу. Именно так и произошло бы с чистой медью”, — отмечает Майкл Демковиц.
Экспериментальный гель в работе батареи
Для демонстрации практической пользы нового материала команда разработала прототип жидкометаллической батареи, в которой металлический гель выступает электродом. Такая конструкция позволяет эффективно хранить энергию, однако традиционные жидкометаллические аккумуляторы имеют недостаток: во время движения устройства жидкость в электродах может перемещаться, что иногда приводит к коротким замыканиям.
В лабораторном образце один электрод состоял из жидкого кальция и твердого железа, а второй — из жидкого висмута и твердого железа. После погружения в расплавленную соль электроды генерировали электрический ток, оставаясь стабильными и сохраняя свою структуру.
Ученые подчеркивают, что хотя медь и тантал не являются оптимальными для серийного производства аккумуляторов, их комбинация идеально подходит для исследования структуры и возможностей металлического геля. С помощью микрокомпьютерной томографии было подтверждено, что тантал формирует жесткий каркас, который удерживает жидкую медь в микропорах.
Это открытие позволяет разрабатывать портативные батареи с жидкометаллическими электродами, которые могут стать основой новых технологий в области энергосбережения и электроники.
Несмотря на то, что разработанные материалы еще не готовы к массовому применению в промышленности, открытие открывает новые перспективы для создания эффективных и безопасных систем хранения энергии в будущем.