Натриевые батареи — будущее энергетики? Возможно, но китайские учёные предостерегают! Исследователи из Института биоэнергетики и биотехнологий в Циндао Китайской академии наук (QIBEBT) провели важное исследование безопасности натрий-ионных аккумуляторов (SIB) и сравнили их с литий-ионными (LIB), и результаты… мягко говоря, тревожные.
Оказалось, что натриевые батареи гораздо более склонны к тепловому разгону, чем считалось ранее! То есть они могут просто взорваться!
Почему это важно?
На натриевые батареи возлагают большие надежды. Они дешевле литиевых, не требуют редких материалов и уже достигли плотности энергии до 160 Вт·ч/кг и ресурса более 4000 циклов зарядки-разрядки. Но безопасность… всегда была ахиллесовой пятой.
Новое исследование показало, почему натриевые батареи так опасны. В анодах из твёрдого углерода образуются кластеры натрия с повышенной электронной активностью, даже более высокой, чем у металлического натрия. Эти «электронные штормы», как их назвали учёные, снижают температуру теплового разгона батареи.
«Когда аккумулятор достигает критического уровня заряда, кластеры натрия снижают температуру начала саморазогрева до 92 °C, вызывая тепловой разгон гораздо раньше, чем в LIB», — объясняет профессор Цуй Гуанлей из QIBEBT.
Эти кластеры действуют как катализаторы, ускоряя разложение электролита и усиливая тепловой разгон.
Что это значит для нас?
Получается, что натриевые аккумуляторы даже при нормальной эксплуатации несут в себе риски для безопасности, сравнимые с теми, что возникают при чрезмерном заряде! Это может означать, что электромобили с натриевыми аккумуляторами будут взрываться чаще, чем с литиевыми.
Используя спектроскопию твёрдотельного ядерного магнитного резонанса, исследователи изучили кластеры натрия на квантовом уровне. Они обнаружили, что эти кластеры проявляют значительную металлическую проводимость, с большим количеством электронов проводимости на уровне энергии Ферми, чем объёмный металлический натрий, что делает их высокореактивными и ускоряет тепловой разгон.
В отличие от LIB, где экзотермические реакции не зависят от уровня заряда, в SIB высокий уровень заряда провоцирует разогрев до разложения электролитического интерфейса на электродах, как это обычно происходит в литиевых источниках тока.
Будущее натриевых батарей под вопросом!