Останніми роками інженери по всьому світу намагаються розробити нові технології зберігання батарей і енергії, які є більш стійкими та економічно ефективними. Одним із рішень, що привертають особливий інтерес, є технологія натрієвих акумуляторів. Натрієво-іонні батареї можуть мати численні переваги перед звичайними та широко використовуваними літієвими батареями. Зокрема, оскільки натрію є багато на нашій планеті, і його можна легко отримати, його можна було б легко виробляти у великих масштабах.
Незважаючи на можливі переваги, більшість розроблених до цього часу натрієво-іонних батарей мали низьку щільність енергії через відносно великий атомний розмір натрію та його значну вагу. Як правило, ці батареї мають щільність енергії нижче 160 Вт·год кг – 1, що значно нижче, ніж у літій-іонних батарей.
Дослідники Китайської академії наук, компанії HiNa Battery Technology Co., Дослідницького центру фізики дельти річки Янцзи та Інституту передових технологій зберігання енергії озера Тяньму нещодавно представили стратегію проєктування для створення натрієво-іонних батарей з більш високою щільністю енергії. Їхній підхід, представлений у статті, опублікованій в Nature Energy, тягне за собою введення графічного вуглецевого покриття всередині батарей, зокрема, на алюмінієвому колекторі струму.
«Ми повідомляємо про початкову безанодну Na- батарею з щільністю енергії понад 200 Вт·год кг – 1, що навіть вище, ніж у комерційного LiFePO 4 ||графітного акумулятора», — пишуть дослідники у своїй статті. «Шляхом введення графітового вуглецевого покриття на колекторі струму Al та боровмісних електролітів в батареї ми показуємо, що рівномірне зародження та міцні інтерфази забезпечують оборотне осадження Na без тріщин».
Дослідники використали свою стратегію проєктування для виготовлення безанодних натрієвих батарей. Ці батареї були виготовлені з використанням методу міжфазної інженерії, і кожна з них включала електроліт на основі бору, графітовий струмознімач і шаруватий оксидний катод.
Потім вони оцінили свої батареї в серії тестів і виявили, що вони мають чудову щільність енергії в порівнянні з іншими технологіями на основі натрію. Крім того, їхні батареї мали тривалий термін служби, що свідчить про те, що вони могли надійно працювати протягом тривалого періоду.
«Отримавши перевагу від синергетичного ефекту, отриманого від вбудованих кооперативних інтерфейсів, тривалість життя Na-батареї без застосування додаткового тиску досягає 260 циклів, що є найдовшим терміном служби для великих елементів з нульовим надлишком Na», — додають дослідники у своїй роботі. «Уявлення, отримані в цій роботі, завдяки нанесенню натрієвого покриття/зачистки та хімії між поверхнею, прокладають шлях для подальшого розвитку Na-батарей з ще більш високою продуктивністю».
Початкові результати, зібрані цією командою дослідників, підкреслюють перспективність їхньої конструкції для створення натрієвих батарей, які можна було б широко використовувати в реальних умовах. У майбутньому їх стаття може надихнути інші команди на тестування подібних стратегій проєктування, в кінцевому підсумку проклавши шлях до виробництва нових і реалізованих рішень натрієво-іонних акумуляторів. Джерело