Создана первая конкурентоспособная натрий-ионная батарея
Учёные разработали новые аккумуляторы, которые в перспективе могут прийти на смену литий-ионным. В них дорогой литий заменён на дешёвый натрий.
Это не первые натрий-ионные батареи, но на сей раз специалисты продвинулись далеко вперёд, создав устройства, сравнимые с коммерческими литий-ионными системами.
Достижение описано в научной статье, опубликованной в журнале ACS Energy Letters.
Практически вся современная электроника, от смартфонов до кардиостимуляторов, запитывается от литий-ионных батарей. При этом в повседневную жизнь входит всё больше устройств, которым требуются аккумуляторы, будь то "умные" браслеты или электромобили.
Между тем ключевым компонентом литий-ионных батарей, как явствует из названия, является литий. Именно его ионы переносят электрический заряд в электролите аккумулятора. А это редкий и потому дорогой металл.
Кроме того, он очень вреден для окружающей среды, поэтому литий-ионные батареи (а также технику их содержащую) обязательно нужно сдавать на переработку. Их ни в коем случае нельзя выбрасывать с бытовым мусором.
Ввиду всех этих причин учёные давно стремятся заменить литий более доступным и безопасным веществом.
Перспективным кандидатом является натрий. Запасы соединений натрия в земной коре и морской воде огромны. О том, насколько дёшевы такие вещества, можно судить по ценам на поваренную соль и пищевую соду.
С точки зрения экологии натрий тоже предпочтительнее. Каждый день и в каждом доме в канализацию льются растворы содержащих натрий чистящих средств (будь то мыло, шампунь, средство для мытья посуды и так далее), и это не порождает экологическую катастрофу.
Однако создать конкурентоспособные натрий-ионные батареи сложно. Экспериментальные образцы обычно имеют слишком малую ёмкость. К тому же они быстро выходят из строя из-за образования на катоде слоя каменной соли (NaCl), не пропускающего к электроду содержащиеся в электролите ионы натрия. Теперь команда исследователей из США и Китая решила обе проблемы.
Для этого авторы, во-первых, увеличили концентрацию ионов натрия в электролите. Во-вторых, учёные использовали специальный слоистый катод со структурой типа O3 и химической формулой NaNi0,68Mn0,22Co0,10O2.
В результате получилась батарея с удельной ёмкостью около 196 миллиампер-часов на грамм. По этому показателю она сравнима с некоторыми моделями литий-ионных аккумуляторов.
Кроме того, на новом катоде не так быстро образуется соляная корка. Поэтому после тысячи циклов зарядки и разрядки он сохраняет более 80% ёмкости. Другими словами, если заряжать такой аккумулятор каждые два дня, то за пять с половиной лет ёмкость батареи упадёт менее чем на 20%. Опыт обращения с современными гаджетами подсказывает, что это не так уж плохо.
"Это лучшие результаты, когда-либо зарегистрированные для натрий-ионной батареи со слоистым катодом. Они показывают, что это жизнеспособная технология, сравнимая с литий-ионными батареями", – утверждает соавтор работы Юэ Линь (Yuehe Lin) из Вашингтонского университета.
Теперь исследователи работают над тем, чтобы сделать своё детище ещё более ёмким и долговечным. Кроме того, они стремятся создать новый катод, не содержащий кобальта (это ещё один недешёвый материал, используемый в литий-ионных аккумуляторах).
К слову, ранее Вести.Ru рассказывали об органических аккумуляторах, способных работать даже на полюсе. Сообщали мы и об алюминий-ионных батареях.