Неожиданность случилась, когда они взяли смесь порошков меди и тантала, очень тугоплавкого металла. Меди давно пора было разлиться в лужу, но этого не произошло: смесь металлов продолжала держать форму на жаре, намного превышающей температуру ее плавления, рассказывают авторы открытия в пресс-релизе университета.
Статью можно прослушать
Два техасца случайно изобрели металлический гель. А вместе с ним — источник энергии для гиперзвуковой авиации
По словам исследователей из Техасского университета A&M, они всего лишь хотели понять, как ведут себя два металла с очень разной температурой плавления, если их смешать и нагреть.
Interesting Engineering
Содержание
В своей исследовательской работе, доктор Майкл Демкович и докторант Чарльз Боренстин из Инженерного колледжа изучали, как ведут себя па́ры металлов при нагреве.
«Почему она не плавится?»
Удивленные исследователи сделали компьютерную томографию образца и обнаружили, что тантал образовал структуру, удерживавшую сжиженную медь.
Так же устроены на микроуровне обычные гели, которые мы активно используем в повседневной жизни, от санитарных средств до контактных линз. В них «скелет» образуют органические молекулы, а в роли жидкости выступает вода.
«О появлении металлических гелей никто раньше не заявлял, возможно, потому что никто не считал, что жидкий металл может удерживаться микрокаркасом, – сказал Майкл Демкович, ведущий автор. – Удивляет здесь то, что главный компонент – медь – расплавился, но в лужу не превратился, как сделала бы чистая медь».
Чарльз Боренстин и Майкл Демкович
Гели медные, кальциевые, висмутовые
За метаморфозами меди и тантала удобно наблюдать с помощью КТ-сканеров, однако с практической точки зрения эта пара не очень интересна. Техасские ученые начали комбинировать другие металлы и обнаружили, что подобные свойства проявляются в разных сочетаниях.
Наиболее перспективными оказались две: сжиженный кальций с твердым железом или сжиженный висмут – с ним же. И кальций, и висмут химически очень активны, и это делает их идеальной основой для электродов в аккумуляторах.
Признайтесь, вам тоже вспомнилась вторая часть «Терминатора» и робот T1000?
Открытие решает большую проблему жидкометаллических батарей
Такие источники питания работают при высоких температурах. Роль электродов в них играют расплавленные металлы: за счет этого, они могут запасать больше энергии и вырабатывать большую мощность, чем обычные литий-ионные батареи. Однако жидкие электроды делают их очень уязвимыми к механическим воздействиям, при любом смещении они сразу теряют форму. Поэтому в наши дни их применяют только в стационарных системах хранения энергии.
Но что будет, если жидкий металл заменить на гель? Чтобы проверить, исследователи сделали экспериментальный образец с анодом из смеси кальция и железа и катодом из висмута и железа. В качестве электролита использовался расплав соли. Нагретая до 1000°С, батарея отлично работала, а оба электрода сохранили кубическую форму. Свое открытие и результаты экспериментов ученые описали в статье в рецензируемом издании Advanced Engineering Materials.
Чарльз Боренстин с экспериментальным аккумулятором
Горячая энергия для кораблей и ракет
Благодаря механической стойкости, батареи на металлических гелях могут использоваться в движущихся машинах. Причем если гелеобразные электроды дополнить гелевым электролитом, в котором роль каркаса играет керамика, то их стойкость еще вырастет.
Речь идет не об автомобилях или самокатах: поскольку жидкометаллические батареи работают при очень высоких температурах, применять их выгодно лишь на тяжелой технике, такой как корабли, горнодобывающие машины и подобных механизмах.
Еще одна многообещающая сфера их применения – гиперзвуковая авиация, считает Демкович. Такие летательные аппараты сильно разогреваются в полете из-за трения о воздух, и им пригодятся термостойкие и мощные источники питания.