Простая настройка позволяет натрий-ионным аккумуляторам заряжаться быстрее, хранить больше энергии и одновременно очищать морскую воду.
Этот прорыв может ускорить разработку натрий-ионных аккумуляторов как жизнеспособной альтернативы литий-ионным технологиям.
Университет Суррея
Капля воды меняет науку об аккумуляторах.
Ученые из Университета Суррея обнаружили простой способ, который может повысить производительность натрий-ионных аккумуляторов, оставляя воду внутри ключевого компонента, а не удаляя ее.
Этот прорыв может помочь сделать хранение энергии более экологичным, дешевым и эффективным, учитывая удивительную возможность превращения морской воды в питьевую.
В отличие от литий-ионной технологии, которая в настоящее время доминирует на рынке хранения энергии и использует дорогие, вредные для окружающей среды материалы, натрий гораздо более распространен и широко доступен.
Однако создание конкурентоспособных по производительности натрий-ионных аккумуляторов долгое время было сложной задачей.
Исследователи показали, что существующий материал на основе натрия, оксид натрия и ванадия, работает значительно лучше, если в нем сохраняется содержащаяся естественным образом вода.
Материал, называемый наноструктурированным гидратом ванадата натрия (NVOH), сохраняет больше заряда, заряжается быстрее и остается стабильным в течение более 400 циклов зарядки.
В ходе испытаний «влажная» версия NVOH удерживала почти в два раза больше заряда, чем типичные натрий-ионные материалы, что ставит ее в один ряд с наиболее эффективными катодами, известными на сегодняшний день.
Переосмысление предположений о батареях
«Наши результаты оказались совершенно неожиданными. Оксид натрия и ванадия существует уже много лет, и его обычно подвергают термической обработке, чтобы удалить воду, поскольку считается, что она вызывает проблемы. Мы решили оспорить это предположение, и результат оказался гораздо лучше, чем мы ожидали», — сказал доктор Дэниел Коммандер, стипендиат университета Суррея.
«Материал продемонстрировал гораздо более высокую производительность и стабильность, чем ожидалось, и может даже создать захватывающие новые возможности для использования этих батарей в будущем».
Исследовательская группа также проверила, как материал ведет себя в соленой воде, одной из самых сложных сред.
Результаты показали, что устройство продолжало эффективно функционировать, удаляя натрий из раствора, в то время как графитовый электрод извлекал хлорид; этот процесс известен как электрохимическое опреснение.
«Возможность использования гидрата ванадата натрия в соленой воде — это действительно захватывающее открытие, поскольку оно показывает, что натрий-ионные батареи могут делать больше, чем просто хранить энергию — они также могут помочь удалить соль из воды», — сказал доктор Коммандер.
В долгосрочной перспективе это означает, что мы сможем разработать системы, которые будут использовать морскую воду в качестве абсолютно безопасного, бесплатного и доступного электролита, одновременно производя пресную воду в рамках этого процесса».
Более безопасный, масштабируемый, устойчивый
Этот прорыв может ускорить разработку натрий-ионных аккумуляторов как жизнеспособной альтернативы литий-ионным технологиям.
Использование доступных и недорогих материалов делает эти батареи более безопасными и экологичными, а их потенциальные области применения простираются от хранения возобновляемой энергии в сети до питания электромобилей.
Подход команды из Суррея также упрощает процесс производства высокопроизводительных натриевых батарей, приближая создание крупномасштабных коммерчески выгодных систем хранения энергии.
Удерживая воду в материале NVOH, исследователи обнаружили двойное преимущество: повышение производительности аккумулятора и потенциал электрохимического опреснения, что открывает путь для многоцелевых аккумуляторных технологий.
Благодаря этим результатам натрий-ионные аккумуляторы могут, наконец, бросить вызов доминированию литий-ионных, а также способствовать созданию более чистых энергетических решений и решению проблемы нехватки пресной воды.
Результаты исследования опубликованы в журнале Journal of Materials Chemistry A.
Sourse: interestingengineering.com
