Дешевая альтернатива литий-ионным батареям: в Университете Суррея нашли способ удвоить емкость натриевых ячеек

Инженеры из Университета Суррея (Англия) экспериментально доказали, что сохранение кристаллизационной воды в структуре катодного материала позволяет почти вдвое увеличить емкость натрий-ионных аккумуляторов. Результаты научной работы, опубликованной в издании Journal of Materials Chemistry A, ставят под сомнение устоявшуюся практику обязательного обезвоживания электродов.

Команда ученых под руководством доктора Дэниела Коммандера использовала в экспериментах гидратированный ванадат натрия (NVOH). В рамках стандартных технологических процессов производства батарей данное соединение подвергается интенсивному нагреву для полного удаления молекул кристаллизационной воды. Специалисты отрасли руководствовались правилом, согласно которому присутствие влаги провоцирует нестабильность и деградацию компонентов аккумулятора.

Ученые предположили, что наличие молекул H₂O в межслойном пространстве не будет дестабилизировать катод, а, напротив, улучшит его характеристики. Последующие эксперименты показали, что молекулы воды выступают в роли структурных опор, слегка увеличивая расстояние между кристаллическими слоями ванадата натрия. Образовавшееся пространство снижает сопротивление для перемещения ионов натрия внутрь и наружу катода.

По итогам лабораторных испытаний не подвергавшийся сушке вариант NVOH достиг удельной емкости 280 мА·ч/г при низких токах, что является двукратным превышением параметров традиционных дегидратированных натрий-ионных материалов. Скорость протекания реакций заряда и разряда также увеличилась. Аккумулятор продемонстрировал высокий уровень структурной целостности, сохранив стабильную емкость на протяжении более 400 рабочих циклов.

В ходе дополнительных тестов инженеры оценили поведение NVOH в солевой среде. Аккумуляторная ячейка продолжила функционировать в морской воде, где катод извлекал из раствора ионы натрия. В паре с графитовым электродом, который поглощал хлорид-ионы, система обеспечила процесс электрохимического опреснения жидкости одновременно с накоплением энергии.

Натрий-ионные батареи рассматриваются индустрией как доступная альтернатива литий-ионным системам из-за широкой распространенности натрия. Главным препятствием для коммерциализации технологии оставалась более низкая плотность энергии. Отказ от этапа термической сушки катодных материалов повышает характеристики аккумуляторов и упрощает производственный цикл. Снижение требований к контролю влажности на производственных линиях может привести к сокращению себестоимости конечных изделий, ориентированных на промышленные системы хранения энергии.

Источник: newatlas.com