Новый твердый электролит на основе NASICON может открыть путь к созданию более безопасных, дешевых и быстрозаряжающихся натриевых аккумуляторов.
Команда BAM работает над специальными твердыми электролитами на основе натриевых суперионных проводников.
БАМ
Поскольку традиционные литий-ионные аккумуляторы приближаются к пределу своих возможностей, ученые изучают альтернативные технологии, которые обещают более высокую плотность энергии, более быструю зарядку и большую устойчивость.
Традиционные литий-ионные аккумуляторы, хотя и являются основой современной электроники и электромобилей, сталкиваются с такими ограничениями, как проблемы безопасности, ограниченная емкость хранения энергии и зависимость от дефицитных материалов.
Твердотельные батареи, в которых жидкий электролит заменен на твердый, предлагают многообещающее решение, позволяющее использовать более дешевые и экологичные материалы, которые могут повысить плотность энергии до 40%.
Однако они представляют свой собственный набор проблем, поскольку производительность зависит от твердых электролитов, которые могут поддерживать стабильный контакт с твердыми анодами. Когда на интерфейсе появляются пустоты или потери контакта, батарея может полностью выйти из строя.
Сдвиг власти становится твердым
Исследователи из Федерального института исследований и испытаний материалов (BAM) решают эту проблему, разрабатывая новый твердый электролит на основе натриевых суперионных проводников (NASICON), чтобы сделать твердотельные батареи более мощными и подходящими для повседневного использования.
Этот новый твердый электролит обеспечивает высокую ионную проводимость при комнатной температуре и является более устойчивым решением по сравнению с обычными литий-ионными аккумуляторами. Они химически стабильны в сочетании с калием.
Фактически, эти жидкие аноды уже демонстрируют энергетические характеристики, в 100 раз превышающие показатели графита, но в настоящее время для их функционирования требуется температура 250°C.
«В ходе исследования нам удалось показать, что анод из жидкого щелочного металла в сто раз мощнее обычных графитовых анодов», — заявил в пресс-релизе Густав Гребер, эксперт по материалам для аккумуляторов в Университете имени Гумбольдта в Берлине и приглашенный исследователь в BAM.
«Однако в настоящее время эта технология может использоваться только при температуре 250 градусов по Цельсию. Наша цель — перенести ее преимущества на комнатную температуру».
Комнатная температура, реальная мощность
Это важно, поскольку калий испытывается в качестве добавки для снижения температуры плавления жидких щелочных металлических анодов, что позволяет использовать их исключительные характеристики без необходимости использования экстремальных температур.
Однако большинство обычных твердых электролитов разрушаются под воздействием калия, что создает проблему для исследователей.
Материал NASICON в настоящее время стабилизирован гафнием, редким и дорогим элементом. Исследовательская группа BAM под руководством приглашенного ученого Густава Гребера в настоящее время ищет альтернативные легирующие добавки, которые были бы столь же эффективны, но более устойчивы и широко доступны.
В случае успеха их работа может помочь масштабировать производство твердотельных аккумуляторов на основе натрия, которые будут более безопасными, дешевыми и гораздо более эффективными, что откроет путь к новому классу систем хранения энергии для мобильных устройств, электромобилей и сетей.
Наиболее перспективные кандидаты тестируются непосредственно в натриевых батареях.
«Наш исследовательский проект — это решающий шаг на пути к созданию высокопроизводительных аккумуляторов, которые будут более экологичными, дешевыми и эффективными», — говорит Гребер.
«Натриевые твердотельные батареи могут значительно сократить время зарядки и значительно улучшить производительность мобильных и стационарных систем хранения энергии, что является важным вкладом в декарбонизацию».
Sourse: interestingengineering.com
