Новая конструкция натриевой батареи преодолевает нестабильность быстрой зарядки с помощью солевой корректировки, достигая скорости зарядки 10С и долговечности в 500 циклов.
Репрезентативное изображение.
Фотографии iStock
Ученые утверждают, что им удалось раскрыть главный недостаток натриевых батарей
На протяжении многих лет натриевые батареи обещали стать более экологичной и дешевой альтернативой литий-ионным, но их недостатком всегда была нестабильность.
Теперь команда под руководством Гонконга утверждает, что решила эту проблему.
Исследователи из Университета Линнань, работающие совместно с Университетом Цинхуа и Пекинским технологическим институтом, утверждают, что им удалось преодолеть ахиллесову пяту натриевых аккумуляторов: короткие замыкания и быструю потерю емкости при быстрой зарядке.
Хитрость оказалась на удивление простой.
Повысив концентрацию соли в электролите, учёные добились более плавного и контролируемого осаждения ионов натрия. Благодаря этому элементы стали безопаснее, долговечнее и заряжаются гораздо быстрее.
В ходе лабораторных испытаний безанодная натриевая батарея достигла критической плотности тока более 20 мА см⁻² и поддерживала скорость зарядки 10С — то есть минуты, а не часы.
После 500 циклов зарядки-разрядки элементы сохраняли более 70% своей емкости.
Настройка соли, повышение стабильности
Исследование показывает, как изменение кинетики осаждения — с контролируемой диффузией на контролируемую переносом заряда — предотвращает появление дендритов, которые обычно выводят из строя натриевые батареи.
Производство и транспортировка также более безопасны, поскольку при полной разрядке в составе отсутствует металлический натрий.
«Мировое общество в значительной степени зависит от электромобилей и электроники, однако ресурсы лития ограничены, дороги и неравномерно распределены, а процессы его добычи наносят ущерб земле и воде», — сказал профессор Ли Лянлян, доцент Университета Линнань и соавтор статьи.
«В нашей новой безанодной натриевой батарее литий заменен на натрий, более распространённый и доступный ресурс», — добавил он. Натрий, отметил он, стоит в десять раз меньше лития, содержится в большом количестве в морской воде и может снизить стоимость электромобилей и сетевых накопителей.
Обещание и оставшиеся препятствия
Полученные результаты знаменуют собой один из самых заметных успехов в области натриевых элементов. Однако ещё предстоит решить некоторые проблемы, прежде чем их можно будет масштабировать для использования в электромобилях или возобновляемых источниках энергии.
Чтобы соответствовать литий-ионным аккумуляторам, срок их службы должен быть удвоен или утроен, а электролиты с высокой концентрацией могут быть дорогими и менее проводящими.
Еще одним препятствием является плотность энергии: натрий все еще отстает от лития по количеству энергии, которое он хранит на килограмм.
Тем не менее, работа выделяется своей простотой. Вместо дорогостоящих материалов и сложных покрытий исследователи использовали электролитную химию для повышения производительности.
Это может облегчить перенос результатов с лабораторных ячеек на более крупные прототипы.
«Это исследование отвечает на неотложные глобальные и локальные потребности в энергетическом переходе», — сказал профессор Ли. «Эта технология потенциально способна поддерживать более экологичные и доступные решения для мобильности, одновременно снижая зависимость от импорта лития».
Проект соответствует целям Гонконга по достижению углеродной нейтральности и развитию электромобильности, а также целям ООН в области устойчивого развития в области чистой энергии и борьбы с изменением климата.
Результаты исследования опубликованы в журнале Advanced Energy Materials.
Sourse: interestingengineering.com
