Ученые из Китайской академии наук и Делфтского технологического университета работают над ускорением исследований натрий-ионных батарей, чтобы они смогли конкурировать с литий-ионными батареями, так широко применяемыми в наших смартфонах, ноутбуках и электромобилях.
Литий-ионные аккумуляторы уже давно доминируют на рынке. Однако технология натриево-ионных аккумуляторов может приблизиться, а возможно и превысить производительность литий-ионных аккумуляторов при гораздо более низкой стоимости и более высоком уровне эффективности и безопасности.
Как следует из названия, натрий-ионные аккумуляторы основаны на натрии, который, помимо прочего, содержится даже в обычной соли. Теоретически Na-ion аккумуляторы работают не так хорошо, как литий-ионные, то есть их эффективность 20-30% ниже, чем у привычных нам литий-ионных аккумуляторов.
Помимо китайцев, над созданием такой новой батареи работают и в США. В Вашингтонском государственном университете (WSU), в сотрудничестве с Тихоокеанской северо-западной национальной лабораторией (PNNL), провели успешные исследования, которые могут привести к экономически выгодному производству новой технологии аккумуляторных батарей.
Исследовательская группа утверждает, что ее натрий-ионная аккумуляторная технология способна обеспечить аналогичную ёмкость сопоставимую с некоторыми типами литий-ионных батарей, и что она может успешно перезаряжаться, сохраняя 80% своей зарядной емкости даже после 1000 циклов зарядки. “Это крупная разработка для натрий-ионных батарей”, - заявил чиновник из Управления по электричеству Министерства энергетики США. “Существует большой интерес к потенциальной замене литий-ионных батарей на натрий-ионные во многих областях их применения”.
Натрий-ионные аккумуляторы могут быть сделаны более дешёвыми благодаря количеству и дешевизне материалов необходимых для их производства.
Натрий также очень устойчив и сравнительно долговечен, что делает натрий-ионные аккумуляторы идеальным кандидатом для хранения энергии в больших масштабах. В отличие от Na-ion батарей, литий-ионные аккумуляторы изготавливаются из редких и дорогих материалов, таких как кобальт и литий. По мере роста спроса на высокотехнологичные товары, такие как электромобили, эти материалы будут становиться все дороже.
Недостатки Натрий-ионных аккумуляторов
Натрий-ионные аккумуляторы не содержат столько энергии, сколько литий-ионные, и их также трудно перезарядить. По мнению исследовательской группы, ключевой проблемой для некоторых из наиболее перспективных натрий-ионных катодных материалов является то, что на поверхности катода накапливается слой неактивных кристаллов натрия, препятствующих потоку ионов.
Это приводит к тому, что батарея со временем разряжается. “Ключевая задача состоит в том, чтобы батарея имела как высокую плотность энергии, так и хороший срок службы (количество циклов заряд/разряд)”, - сказал аспирант PhD Цзюньхуа Сон, главный автор исследовательской работы.
Что в итоге
В своих исследованиях команда WSU-PNNL создала слоистый металл-оксидный катод и жидкий электролит с дополнительными ионами натрия, создав новый солёный раствор, который улучшил катодное взаимодействие. Такая конструкция и электролитная система облегчали непрерывное движение ионов натрия, предотвращая накопление кристаллов, которые ранее затрудняли выработку электроэнергии.
“Наши исследования выявили существенную связь между изменением структуры катода и взаимодействием его поверхности с электролитом", - сказал Лин. Исследовательская группа считает, что их результаты являются “лучшими... когда-либо сообщёнными” для натрий-ионной батареи со слоистым катодом.
И они смогли продемонстрировать её жизнеспособность как новой технологии, потенциально лучшей, чем технология литий-ионных батарей.
По материалам: https://www.power-and-beyond.com/new-sodium-ion-battery-advance-could-challenge-lithium-ion-a-941730/
