Текущие исследования продвигают натрий как жизнеспособную альтернативу для батарей, что является важным шагом на пути к борьбе с редкостью и вредом для окружающей среды лития.
В работе объединены расчетные и экспериментальные данные для оценки метастабильности гидридобората натрия. (Изображение)
Виттайя
Исследователи разработали полностью твердотельные натриевые аккумуляторы, сохраняющие работоспособность даже при отрицательных температурах. Разработанные исследователями из Калифорнийского университета в Сан-Диего, эти аккумуляторы могут заменить литиевые энергетические устройства.
Исследователи также выяснили, что натрий является недорогой, распространенной и менее разрушительной альтернативой, однако полностью твердотельные батареи, которые они создают в настоящее время, не работают так же хорошо при комнатной температуре.
Они нагрели метастабильную форму гидридобората натрия до точки начала кристаллизации, а затем быстро охладили её, чтобы кинетически стабилизировать кристаллическую структуру. Это хорошо зарекомендовавший себя метод, но ранее не применявшийся к твёрдым электролитам.
Химия натрия
По мнению исследователей, такое знакомство в будущем может помочь превратить эту лабораторную инновацию в реальный продукт.
«Дело не в натрии или литии», — сказала Й. Ширли Мэн, профессор молекулярной инженерии в Школе молекулярной инженерии имени Притцкера Чикагского университета (UChicago PME), которая также сотрудничает с Институтом Qualcomm Калифорнийского университета в Сан-Диего.
«Нам нужно и то, и другое. Размышляя о будущих решениях в области хранения энергии, мы должны представить, что одна и та же гигафабрика сможет производить продукцию как на основе лития, так и на основе натрия. Это новое исследование приближает нас к этой конечной цели, одновременно развивая фундаментальную науку».
Исследовательская группа также подчеркнула, что натриевые химические соединения привлекательны, однако твердые натриевые электролиты демонстрируют ограниченную ионную проводимость при комнатной температуре.
Расчетные и экспериментальные данные
Работа группы ученых из Калифорнийского университета в Сан-Диего объединяет вычислительные и экспериментальные данные для оценки метастабильности гидридобората натрия и показывает, что быстрое охлаждение из режима кристаллизации кинетически блокирует орторомбическую фазу с высокой подвижностью Na+.
Исследователи подчеркнули, что в сочетании с катодом, покрытым твердым электролитом на основе хлорида, эта метастабильная фаза позволяет создавать толстые композитные катоды с высокой поверхностной нагрузкой, сохраняющие производительность вплоть до отрицательных температур.
«Поскольку в основе лежит кинетическая стабилизация анионного каркаса, благоприятствующего диффузии, этот подход применим к родственным гидридоборатам и другим анионно-кластерным химам. Данная работа предлагает практическую стратегию проектирования и рекомендации по обработке высокопроизводительных твёрдых электролитов», — заявили исследователи в исследовании, опубликованном в журнале Joule.
Соавтор Сэм О из Института исследования и разработки материалов A*STAR в Сингапуре заявил, что исследование помогает поставить натрий в более равные условия с литием с точки зрения электрохимических характеристик.
«Наш прорыв заключается в том, что мы фактически стабилизируем метастабильную структуру, о которой ранее не сообщалось», — сказал О.
«Эта метастабильная структура гидридобората натрия имеет очень высокую ионную проводимость, как минимум на один порядок выше, чем сообщалось в литературе, и на три-четыре порядка выше, чем у самого предшественника».
Сочетание этой метастабильной фазы с катодом типа O3, покрытым твёрдым электролитом на основе хлорида, позволяет создать толстые катоды с высокой удельной площадью, что значительно превосходит предыдущие натриевые аккумуляторы. В отличие от тонкого катода, толстый катод, как указано в пресс-релизе, содержит меньше неактивных материалов и больше катодной «мяса».
«Чем толще катод, тем выше теоретическая плотность энергии батареи — количество энергии, удерживаемое на определенной площади», — сказал О.
Текущие исследования продвигают натрий как жизнеспособную альтернативу для аккумуляторов, что является важным шагом в борьбе с редкостью лития и его вредным воздействием на окружающую среду. Это лишь один из многих шагов в будущем.
Sourse: interestingengineering.com
