Прорыв ученых США в области натрий-ионных аккумуляторов заставит Китай сожалеть

Ученые Аргоннской национальной лаборатории Министерства энергетики США создали аккумулятор, который обеспечивает 400 циклов. Это повысит эффективность натрий-ионных аккумуляторов, пишет Interesting Engineering.

Исследователи разработали новый способ решения серьезной проблемы, которая мешала широкому использованию этих аккумуляторов, — проблемы снижения производительности из-за растрескивания катода во время циклов заряда-разряда. Новая разработка может помочь натрий-ионным аккумуляторам стать практичной заменой широко используемых литий-ионных аккумуляторов.

Ученые объяснили, что натрий-ионные аккумуляторы становятся привлекательной альтернативой литий-ионным аккумуляторам благодаря большей распространенности и более низкой стоимости натрия. В ходе исследования они работали над улучшением катода, который является жизненно важной частью батареи. Они создали катод с использованием оксидного материала на основе ионов натрия с уникальным металлическим составом, включая никель, кобальт и марганец.

Исследователи сказали, что эти металлы неравномерно распределены в отдельных частицах катода. Например, никель находится в ядре; вокруг этого ядра находятся кобальт и марганец, которые образуют оболочку. Это значит, что элементы служат разным целям. Богатая марганцем поверхность придает частице структурную устойчивость во время циклов заряда-разряда. Богатое никелем ядро ​​обеспечивает высокую емкость для хранения энергии. Они создали его с поверхностью, обогащенной марганцем, и сердцевиной, обогащенной никелем, для повышения стабильности и выработки энергии. Однако первоначальные испытания выявили образование трещин на границе ядра и оболочки, а также внутри самого ядра даже при температурах до 250 градусов по Цельсию. Ученые добавили, что эти трещины появились на ядре и границе ядро-оболочка, а затем переместились на поверхность. Очевидно, что градиент металла вызвал значительную деформацию, приведшую к этим трещинам.

Чтобы понять, почему образовались эти трещины, исследователи использовали передовые рентгеновские методы для изучения структуры катода в процессе его создания. Они нагревали смесь исходного материала и гидроксида натрия до температуры 600 градусов по Цельсию, чтобы проследить за образованием трещин.

Группа обнаружила, что скорость нагрева катода во время его создания имеет решающее значение. Замедлив этот процесс нагрева, они смогли предотвратить образование трещин. Это простое изменение значительно улучшило производительность катода, позволив ему сохранять высокую энергоемкость в течение более 400 циклов заряда-разряда.

Новая технология открывает путь к созданию натрий-ионных аккумуляторов, которые не только отличаются низкой стоимостью и длительным сроком службы, но и потенциально высокой плотностью энергии, сопоставимой с литий-ионными аккумуляторами. Она также поможет снизить зависимость США от китайских батарей.