Понад 2500 циклів. Китайські вчені знайшли дешевий спосіб зробити натрієві акумулятори довговічнішими

Дослідники з Китайської академії наук створили каталізатор на основі окремих атомів алюмінію, який стримує швидку деградацію натрій-сірчаних акумуляторів.

Про це повідомляє Interesting Engineering.

Роботу виконала команда професорів Ван Хуея та Чжен Фанцая з Лабораторії сильних магнітних полів у Хефеї. Після модифікації дешевий алюміній за ефективністю перевершив значно дорожчі рідкісноземельні елементи.

Натрій вважається перспективною основою для великомасштабних накопичувачів енергії, оскільки він дешевий і поширений. Однак натрій-сірчані акумулятори швидко деградують через полісульфіди натрію — проміжні сполуки, що мігрують від катода й розчиняються. Каталізатори для запобігання цьому ефекту зазвичай шукали серед платини, кобальту або нікелю. Алюміній дешевший і нетоксичний, але його активності було недостатньо, щоб впоратися з полісульфідами.

Зазвичай ізольований атом алюмінію оточений чотирма атомами кисню (Al-O4). Дослідники замінили один із них атомом азоту й отримали асиметричну конфігурацію Al-O3N.

«Це створило асиметричну структуру з трьома атомами кисню та одним атомом азоту навколо кожного атома Al», — пояснили автори в пресрелізі.

Така заміна змінила розподіл електронів і створила сильний локалізований заряд, що посилив взаємодію алюмінію зі сполуками сірки. Полісульфіди вдалося утримати, а хімічні реакції в батареї прискорилися.

«Отримані результати підкреслюють важливість локального атомного оточення для визначення каталітичної активності одноатомних каталізаторів і відкривають нові можливості для створення ефективних каталізаторів на основі металів головних підгруп», — заявили дослідники.

Під час лабораторних випробувань після 100 циклів катод зберіг ємність 1196 мА·год/г. Після 2500 циклів його характеристики знижувалися лише на 0,017% за цикл, що перевищує показники дорожчих каталізаторів на основі перехідних металів.

Результати опубліковано в журналі Angewandte Chemie.