В последние годы инженеры по всему миру пытаются разработать новые технологии аккумуляторов и хранения энергии, которые были бы более устойчивыми и экономичными. Одним из решений, вызывающих особый интерес, является технология аккумуляторов на основе натрия.

Натриево-ионные аккумуляторы могут иметь множество преимуществ по сравнению с обычными и широко используемыми батареями на основе лития. Прежде всего, поскольку натрий в изобилии присутствует на нашей планете и может быть легко получен, он может быть доступным и простым в производстве в больших масштабах.

Несмотря на их возможные преимущества, большинство разработанных до сих пор натрий-ионных аккумуляторов демонстрировали низкую плотность энергии из-за относительно большого атомного размера натрия и его значительного веса. Как правило, эти батареи демонстрируют плотность энергии ниже 160 Вт*ч кг-1, что значительно ниже, чем у литий-ионных батарей.

Исследователи из Китайской академии наук, компании HiNa Battery Technology Co., Физического исследовательского центра дельты реки Янцзы и Института передовых технологий хранения энергии озера Тяньму недавно представили стратегию проектирования для создания натрий-ионных батарей с более высокой плотностью энергии. Их подход, представленный в статье, опубликованной в журнале Nature Energy, предполагает нанесение графитового углеродного покрытия внутри батарей, в частности на алюминиевый токосъемник.

"Мы сообщаем о первоначальной безанодной Na-батарее с плотностью энергии более 200 Вт*ч кг-1, что даже выше, чем у коммерческой LiFePO4 | | графитовой батареи", - пишут исследователи в своей статье. "Благодаря нанесению графитового углеродного покрытия на токосъемник Al и борсодержащие электролиты в батарее мы показываем, что равномерное образование зародышей и прочные межфазные соединения обеспечивают обратимое и безрескостное осаждение Na".

Исследователи использовали свою стратегию проектирования для изготовления безанодных натриевых батарей. Эти батареи были изготовлены с использованием метода межфазной инженерии, и каждая из них включала электролит на основе бора, графитовый токосъемник и слоистый оксидный катод.

Затем они оценили свои батареи в серии тестов и обнаружили, что они обладают замечательной плотностью энергии по сравнению с другими технологиями батарей на основе натрия. Кроме того, их батареи имели длительный срок службы, что говорит о том, что они могли надежно работать в течение длительного периода времени.

"Благодаря синергетическим эффектам, полученным благодаря встроенным совместным интерфейсам, срок службы батареи Na без приложения дополнительного давления достигает 260 циклов, что является самым длительным сроком службы для крупногабаритных элементов с нулевым избытком Na", - добавили исследователи в своей статье. "Выводы, полученные в результате анализа поведения Na-покрытия / снятия покрытия и химии межфазных соединений в этой работе, открывают путь для дальнейшей разработки Na-аккумуляторов с еще более высокой производительностью".

Первоначальные результаты, собранные этой группой исследователей, подчеркивают перспективность их разработки для создания батарей на основе натрия, которые могут быть широко внедрены в реальных условиях. В будущем их статья может вдохновить другие команды на тестирование аналогичных стратегий проектирования, что в конечном итоге проложит путь к созданию новых и реализуемых решений для натрий-ионных аккумуляторов.

ИСТОЧНИК