Натрий-ионные аккумуляторы всё ближе к массовому внедрению: ученые нашли решение проблемы деградации катода

Пост опубликован в блогах iXBT.com, его автор не имеет отношения к редакции iXBT.com
| Мнение | Наука и космос

В мире, где электромобили и системы хранения возобновляемой энергии становятся все более востребованными, литий-ионные аккумуляторы, долгое время являвшиеся бесспорными лидерами, сталкиваются с серьезными вызовами. Грядущий дефицит лития и его высокая стоимость заставляют ученых искать альтернативные решения. И одним из самых перспективных направлений становятся натрий-ионные аккумуляторы.

Натрий, в отличие от лития, — широко распространенный и недорогой элемент. Казалось бы, идеальная замена! Однако до недавнего времени натрий-ионные аккумуляторы страдали от существенного недостатка: катод, один из ключевых компонентов аккумулятора, быстро терял свою эффективность при многократных циклах заряда-разряда.

Аккумулятор, иллюстрация
Аккумулятор, иллюстрация
Автор: ИИ Copilot Designer//DALL·E 3 Источник: www.bing.com

Ученые из Аргоннской национальной лаборатории США совершили прорыв в этой области, разработав новую конструкцию оксидного катода для натрий-ионных аккумуляторов. Вдохновленная успешной моделью литий-ионного катода, эта инновационная разработка открывает путь к созданию более доступных и устойчивых источников энергии.

Секрет успеха кроется в особой архитектуре катодных частиц. Они состоят из смеси переходных металлов, таких как никель, кобальт и марганец, распределенных неравномерно. Никель формирует ядро, обеспечивая высокую емкость для хранения энергии. Кобальт и марганец образуют оболочку, которая отвечает за структурную стабильность частицы, предотвращая ее разрушение в процессе эксплуатации.

Однако на пути к созданию идеального катода исследователи столкнулись с неожиданной проблемой. Во время циклов заряда-разряда в частицах образовывались микротрещины, которые снижали эффективность аккумулятора. Причиной этого явления оказалось напряжение, возникающее между ядром и оболочкой частицы из-за разницы в свойствах металлов.

Чтобы решить эту проблему, ученые провели серию экспериментов, используя передовые методы анализа, включая рентгеновскую дифракцию на синхротронных источниках излучения и компьютерное моделирование.

Выяснилось, что решающим фактором является скорость нагрева при синтезе катодного материала. При медленном нагреве напряжение между ядром и оболочкой успевает равномерно распределиться, и трещины не образуются. В результате удалось создать катод, который сохраняет свою высокую производительность на протяжении более 400 циклов заряда-разряда.

Схема натрий-ионного аккумулятора
Схема натрий-ионного аккумулятора
Автор: Jang-Yeon Hwang, Seung-Taek Myung, Yang-Kook Sun, CC BY 3.0 Источник: commons.wikimedia.org

Несмотря на то, что натрий-ионные аккумуляторы пока уступают литий-ионным по плотности энергии, они уже сейчас могут найти применение в городском электротранспорте. Кроме того, ученые продолжают работу над усовершенствованием технологии, стремясь полностью исключить из состава катода никель, что сделает аккумуляторы еще более доступными и экологичными.

По мнению экспертов, натрий-ионные аккумуляторы имеют все шансы стать достойной альтернативой литий-ионным, обеспечив надежное и устойчивое энергоснабжение для электромобилей и систем хранения возобновляемой энергии. Эта технология открывает новую эру в развитии аккумуляторных систем, делая «зеленую» энергетику более доступной и приближая нас к будущему, свободному от ископаемого топлива.

7 комментариев

Добавить комментарий

102943855842331566948@google
Ну вот, развитие литиевых батарей привело к дефициту лития. А развитие натриевых батарей привелет к дефициту соли
S
Скоро пищу солить нечем будет
1
Будем солить б/у аккумуляторами. Перемолол в блендере и посыпал этим хрючево.
1
Да-да. Никель, кобальт и марганец тоже на каждом углу валяются)
GET
Только сегодня смотрел видео, какие натриевые батареи замечательные, после 1000 циклов без деградации вообще, но вот только плотность энергии в три раза ниже, чем у лития. А тут вдруг оказалось, что и с долговечностью хреново.
8858741901993644785@mailru
Да ребята, думаю что технологии не стоят на месте и скоро мы действительно будем массово катать электрички на совершенно новых элементах! Когда заряда будет хватать на 1000 — 1500 км, вот тогда и народ будет заинтересован в таких электромобилях…
1
Че за бредятина. Стоимость лития влияет на стоимость батарей в рамках погрешности. Сами можете посчитать. В тех же батарейках с катодом на основе LiFePO4 массовая доля лития всего 6%. И это только катод. Есть еще анод, электролит и корпус. Масса катода не более трети батарейки. Рост цены лития в 6 раз увеличит стоимость батарейки максимум на 10%.
Что касается развития натриевых альтернатив, то ок, пусть будут. Но не в таком виде, где большая часть массы катода опять будет приходиться на дорогой никель и еще более дорогой кобальт. Челы просто изобрели NMC, но без лития.

Добавить комментарий

Сейчас на главной

Новости

Публикации

Зачем в стиральную машину кладут бетонный блок весом в десятки килограммов?

Разобранная фронтальная стиральная машина выглядит неожиданно: значительную часть её внутреннего пространства занимают один или несколько массивных бетонных блоков. В некоторых моделях их общая...

«ЛЕЩ» и «МОЛ» на советских номерах: что означали буквы и какие расшифровки придумали позже

В старых фильмах я иногда смотрю не туда, куда ведёт сюжет. В кадре появляется «Волга» или «Москвич», а я пытаюсь разобрать буквы на чёрной табличке. Если они складываются в слово, номер сразу...

3 мифа о погоде: почему мороз не заражает, а молния бьет в одно место дважды

На протяжении тысячелетий человек наблюдал за окружающей средой без измерительных приборов. Изменения температуры, движения облаков и вспышки на небе фиксировались исключительно зрением и...

Что происходит с мозгом в невесомости: как отсутствие гравитации меняет человеческое «Я»

В 1971 году астронавт Эдгар Митчелл, возвращаясь на Землю на борту корабля «Аполлон-14», испытал необычное переживание. По его словам, глядя на планету через стекло иллюминатора, он почувствовал,...

На Амазонке есть волна, которая идёт против течения 800 километров — и на ней можно сёрфить полчаса подряд

Когда представляешь волну для сёрфинга, обычно видишь океан, пену, берег. Здесь всё наоборот: волна идёт не к берегу, а от него — вглубь материка, поднимается вверх по реке, проходит...

Кирпич с электричеством. Ёмкий и мощный повербанк для ноутбука. Обзор Ctolity AP200

140Вт по USB-C и 200Вт общей мощности, 12В DC выход на 120Вт, долговечный LiFePo4 аккумулятор на 60000mah ёмкости, складывающийся светильник и возможность зарядки от солнечной панели. Всё это...