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

Городов на Луне не будет: астрофизики доказали, что запасы воды исчерпаются за 100 лет

Руководители частных аэрокосмических корпораций часто называют Луну естественным плацдармом для масштабного расселения человечества. В публичных заявлениях Джеффа Безоса и Илона Маска фигурируют...

Нос медведя в 2100 раз чувствительнее человеческого? Может ли он реально почувствовать человека за 30 километров

Медведь может учуять человека за 30 километров. Эта фраза встречается в статьях и памятках для туристов уже много лет. Звучит она почти фантастически, но за ней стоит реальная биологическая...

Какая часть вашего тела появилась прямо во время Большого взрыва? Астрофизическая родословная химических элементов человека

Организм человека состоит из тех же химических элементов, которые формируют планеты, астероиды и межзвездный газ. По массе тело взрослого человека примерно на девяносто девять процентов...

Оптические датчики скорости в «Союзе-110»: зачем инженеры усложнили узел подкатушечников

Катушка номер 18 с магнитной лентой длиной 525 м при быстрой перемотке развивает частоту вращения свыше 30 об/с, а линейная скорость полотна превышает 35 км/ч. Попытка зажать такой узел...

Как смартфоны потеряли индикатор уведомлений, и почему мы до сих пор по нему скучаем

Почти до конца 2010-х годов у многих Android-смартфонов в районе разговорного динамика имелся светодиод, по свечению или миганию которого можно было понять, есть ли непрочитанное сообщение...