Новая натрий-ионная батарея работает наравне с литий-ионными

Ученые из Университета Вашингтон придумали дизайн, который потенциально способен изменить правила игры в этой области, - натрий-ионная батарея, обладающая сопоставимой энергетической емкостью и способностью к циклированию с некоторыми литий-ионными аккумуляторами, уже имеющимися на рынке.

В некотором смысле, натрий-ионные аккумуляторы функционируют так же, как литий-ионные, вырабатывая энергию путем движения ионов между парой электродов в жидком электролите. В нынешнем виде их недостаток заключается в том, что в процессе работы неактивные кристаллы натрия имеют тенденцию накапливаться на поверхности отрицательно заряженного электрода, катода, который в итоге убивает батарею. Кроме того, натрий-ионные аккумуляторы не содержат столько энергии, сколько литий-ионные аналоги.

«Основная проблема заключается в том, чтобы у батареи была высокая плотность энергии и хорошая продолжительность жизни», - говорит Джунхуа Сонг из Университета Вашингтон.

Команда Сонга считает, что они нашли решение этих недостатков. Эксперименты с конструкцией натрий-ионных батарей привели команду к созданию версии с катодом из слоистого оксида металла и жидкого электролита с более высокой концентрацией ионов натрия.

В ходе испытаний команда обнаружила, что это привело к гораздо более плавному взаимодействию между электролитом и катодом, что позволило непрерывно перемещать ионы натрия и избежать проблем с накоплением неактивных кристаллов на поверхности катода. В результате получилась емкость батареи, сравнимая с некоторыми ионно-литиевыми, и обеспечивающая бесперебойное производство электроэнергии, обеспечивающее 80 % заряда после 1000 циклов.

«Наше исследование выявило существенную корреляцию между развитием катодной структуры и взаимодействием поверхности с электролитом», - сообщают ученые. «Это лучшие результаты для натрий-ионной батареи со слоистым катодом, показывающие, что это жизнеспособная технология, сравнимая с литий-ионной батареей».

Воодушевленная результатами, команда занялась исследованием взаимодействия электролита с катодом, чтобы лучше понять его понять, в надежде еще больше улучшить конструкцию, возможно, даже избежать использования других редких металлов, таких как кобальт.

«Эта работа прокладывает путь к практическим натрий-ионным батареям, и фундаментальное понимание, которое мы получили о катодно-электролитном взаимодействии, что проливает свет на будущие разработки без кобальта или с низким содержанием кобальта в натрий-ионных батареях, а также в других видах химических батарей», говорит Сонг. «Если мы сможем найти жизнеспособные альтернативы как литию, так и кобальту, натрий-ионная батарея действительно сможет конкурировать с литий-ионными».

Исследование было опубликовано в журнале ACS Energy Letters.