В условиях неопределенности, омрачающей мировые поставки лития, альтернативные химические составы аккумуляторов будут иметь решающее значение, поскольку мы продолжаем осваивать электромобили и мобильные устройства. Одним из вероятных заменителей лития является натрий — перспективный и доступный материал.
Натрий-ионные батареи привлекают внимание как более устойчивая альтернатива литий-ионным из-за относительной распространенности и низкой стоимости элемента. Эти батареи работают так же, как литий-ионные устройства, пропуская ионы между парой электродов через жидкий электролит. Новое исследование ученых из Сколтеха и Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова сосредоточено на отрицательном электроде, называемом катодом.
Команда разработала новый катодный материал, который обещает значительный прирост плотности энергии. Это порошок, изготовленный из фторида фосфата натрия-ванадия, который также изучается в рамках других проектах. Ученые считают большим шагом вперед тот факт, что им удалось точно настроить конфигурацию атомов в веществе.
«И наш новый материал, и тот, который недавно внедрили в промышленности, называются фторидом фосфата натрия-ванадия — они состоят из атомов одних и тех же элементов. Их отличает то, как эти атомы расположены и в каком соотношении они содержатся в соединении», — отметил автор исследования Станислав Федотов из Сколтеха.
Как устроена натрий-ионная батарейка
Команда развернула свой новый катодный материал в натрий-ионной батарее конфигурации «таблетка» и испытала ее, обнаружив, что она обеспечивает увеличение плотности энергии до 15% по сравнению с текущими ведущими конструкциями. Кроме того, по словам исследователей, новый материал может также позволить натрий-ионным батареям работать в более холодном климате.
«Более высокая энергоемкость — лишь одно из преимуществ этого материала, — рассказал Федотов. — Он также позволяет катоду работать при более низких температурах окружающей среды, что особенно актуально для России».
Ученые говорят, что необходимы дополнительные исследования этих типов материалов, но в ходе дальнейшей работы они увидят, что эти батареи будут использоваться в тяжелых электромобилях, таких как автобусы и грузовики. Другой возможностью является хранение энергии из возобновляемых источников, таких как ветер и солнечная энергия.