Исследователи изменили форму зерен катода натрий-ионных батарей, чтобы снизить напряжение, предотвратить растрескивание и улучшить срок службы при циклической работе.
Читайте далее: Модули SunHydrogen превзошли 10% эффективности преобразования солнечной энергии в водород в ходе испытаний
Исследователи нашли способ повысить долговечность натрий-ионных батарей, изменив форму кристаллов катода, а не их химический состав. Уменьшив толщину ключевого параметра кристалла, команда ограничила внутреннее напряжение и растрескивание, которые обычно возникают при многократном проникновении и выходе ионов натрия из материала.
Исследователи работали со слоистым катодом типа P2, Na0.75Ni0.25Mn0.75O2, материалом, изучаемым для натрий-ионных батарей, поскольку натрий широко распространен и потенциально дешевле лития, используемого в обычных батареях.
Проблема носит механический характер. По мере того, как ионы натрия перемещаются внутрь и наружу катода во время зарядки и разрядки, кристаллическая решетка многократно расширяется и сжимается. Эти изменения неравномерны, что создает напряжение внутри отдельных зерен. Со временем это напряжение может привести к образованию трещин, обнажению новых поверхностей, контактирующих с электролитом, и ускорению реакций, снижающих производительность батареи.
Группа исследователей из Уханьского технологического университета обнаружила, что контроль размера кристалла по оси c может помочь предотвратить это повреждение. Вместо того чтобы просто уменьшать размер частиц, исследователи создали более тонкие, призматические зерна, которые могли бы более равномерно снимать напряжение кристаллической решетки.
Более тонкие кристаллы снижают нагрузку на батарею.
Команда разработала NaNMO с заданной морфологией, или MT-NaNMO, и сравнила его с обычным образцом, изготовленным из материалов того же химического состава. Ключевое различие заключалось в геометрии зерен.
В полученном материале первичные зерна имели размер около 200 нанометров вдоль оси c, по сравнению с примерно 800 нанометрами у обычного материала. Рентгеновская дифракция показала, что оба материала претерпевали схожие изменения в своей кристаллической структуре во время зарядки и разрядки, что позволяет предположить, что улучшение обусловлено тем, как зерна справляются с возникающей деформацией.
Больше новостей из мира энергетики
Посмотреть все 
Модули EnergySunHydrogen в ходе испытаний показали эффективность преобразования солнечной энергии в водород более 10%.
Sourse: interestingengineering.com
