Натрий-ионные батареи вышли на новый уровень: помог один неожиданный компонент

Высокую эффективность удалось сохранить благодаря новому аноду на основе олова, сообщает interestingengineering.com. Метод разработали исследователи из Калифорнийского университета в Сан-Диего (США).

В результате получилась простая, но мощная конструкция, которая обеспечивает рекордную производительность и достигает 178 Вт/ч на килограмм и 417 Вт/ч на литр в элементах полного пакета. По словам самих специалистов, это открывает путь к новым возможностям систем хранения энергии следующего поколения.

Натрий-ионные батареи – проблема и решение

Преимущество натрий-ионных аккумуляторов в том, что натрий дешевле и доступнее лития. Но развитие этой технологии тормозила ограниченная плотность энергии натрий-ионных батарей. Это связано с тем, что анод – отрицательный электрод, накапливающий и отдающий заряд, – определяет общую энергию, которую может хранить аккумулятор.

В традиционных натрий-ионных аккумуляторах используются твердые угольные аноды, которые обычно сохраняют около 300 миллиампер-часов на грамм заряда. Это значительно ниже, чем у литий-ионных систем. Чтобы преодолеть это ограничение, исследователи применили олово – металл, который образует высокоемкие сплавы Na–Sn, способные хранить почти в три раза больше заряда.

Исследования показывают, что оловянные аноды могут обеспечивать емкость около 847 миллиампер-часов на грамм заряда. При этом на практике они могут сталкиваться с серьезными проблемами – например, с сильным расширением объема и плохой совместимостью с электролитом, а это приводит к быстрой деградации.

Но ученым удалось добиться стабильного цикла, сделав на удивление мало изменений. Они использовали почти чистый оловянный электрод, состоящий из 99,5% олова, 0,25% однослойных углеродных нанотрубок (SWCNT) и 0,25% связующего вещества (CMC). Таким образом получилась структура, которая сохраняет высокую проводимость и механическую стабильность.

Ученые полагают, что оловянные аноды могут вывести натрий-ионные аккумуляторы на абсолютно новый уровень.