Натрий-серные батареи лучше литий-ионных, так почему их не используют для хранения энергии

Ученые из Фуцзяньского педагогического университета (Китай) разработали двухсолевой квазитвердый полимерный электролит (DS-QSPE), который может популяризировать натрий-серные аккумуляторы, пишет interestingengineering.com.

Исследования показывают, что натрий-серные (Na-S) аккумуляторы могут стоить дешевле, обеспечивать высокую плотность энергии, быть легкими, выдерживать высокие температуры и потенциально иметь более длительный срок службы, чем литий-ионные аналоги. Однако они все еще не используются широко. Почему?

Конструкции батарей Na-S страдают от плохой проводимости, низкой эффективности и различных проблем безопасности. Основной причиной этих проблем являются нестабильные интерфейсы электрод-электролит. Например, типичным электролитом, используемым в батареях Na-S, является расплавленный натрий-бета-алюмооксидный твердый электролит (BASE). Этот электролит не способен предотвратить образование натриевых дендритов, заостренных микроскопических структур, которые вызывают короткие замыкания. Более того, BASE также не может ограничить активность полисульфида натрия, побочного продукта, образующегося в результате реакции между натрием и серой. Этот побочный продукт постоянно перемещается между двумя электродами, снижая производительность и емкость батареи (также называемый эффектом перемещения полисульфида).

Чтобы преодолеть эти ограничения, команда Фуцзяньского педагогического университета разработала DS-QSPE. Они утверждают, что этот электролит может "эффективно стабилизировать интерфейсы электрод/электролит и подавляет эффект полисульфидного челнока в батареях Na-S при комнатной температуре".

DS-QSPE — это квазитвердый полимерный электролит, что означает, что он сочетает в себе свойства как твердых, так и жидких электролитов. Такой электролит обычно изготавливается путем включения жидкого электролита в полимерную матрицу, в результате чего получается гелеобразный или полутвердый материал.

Когда ученые протестировали DS-QSPE, он показал высокую проводимость и стабильные интерфейсы, а также выдающиеся характеристики.

"DS–QSPE обеспечивает высокую емкость приблизительно 327,4 мАч*г−1 (в расчете на массу SPAN) после 200 циклов при 0,2 А*г−1, сохраняя 81,4% своей первоначальной емкости. Эта производительность значительно превосходит характеристики батарей, использующих жидкие электролиты", — заявили авторы исследования.

Литий-ионные аккумуляторы отлично подходят для электромобилей и других малых и средних энергетических решений. Однако ограниченная доступность лития, мрачные последствия добычи лития и использование тяжелых металлов (таких как никель и кобальт) в литий-ионных аккумуляторах заставляют ученых искать альтернативы.

По словам исследователей, миру нужны аккумуляторы с потенциалом для стимулирования внедрения возобновляемых источников энергии в больших масштабах, предоставляя стабильные, эффективные и недорогие средства хранения энергии.

Натрий-серные аккумуляторы являются одним из таких отличных вариантов, и новый электролит может помочь энергетическим компаниям реализовать их потенциал.