В ближайшие годы натриево-ионные аккумуляторы (NIBS) потенциально могут стать отличной альтернативой современным системам хранения энергии. Несмотря на их преимущества, в том числе обилие натрия и потенциально длительный срок службы, эти батареи на основе натрия часто менее стабильны, чем батареи на основе лития, из-за нестабильности межфазного слоя твердого электролита (SEI), пассивирующего слоя, который образуется на поверхностях электродов после повторных циклов работы батареи.

Прошлые исследования показали, что в наконечниках с высоковольтным катодом SEI растворяется быстрее, чем в литий-ионных батареях (LIB). Это вызывает ряд побочных реакций, а также быстрое истощение электролита и необратимую потерю емкости, что резко снижает стабильность и производительность наконечников.

Исследователи из Тихоокеанской Северо-Западной национальной лаборатории недавно разработали новый электролит, который снижает сольватационную способность SEI на аноде батарей NIBs, а также формирует стабильный защитный слой для защиты катода. Этот электролит, представленный в статье, опубликованной в журнале Nature Energy, может позволить разработать высоковольтные натрий-ионные аккумуляторы, которые являются одновременно стабильными и надежными.

"Наша недавняя статья посвящена новому электролиту, который может стабилизировать анод в натриево-ионной батарее высокого напряжения (4,2 В) и продлить срок ее службы", - сказал TechXplore Джи-Гуан Чжан, один из исследователей, проводивших исследование. "Существующие электролиты обычно приводят к короткому сроку службы при использовании при напряжении более 4 В. Основная цель нашей работы состояла в том, чтобы позволить натриево-ионным батареям работать при более высоком напряжении и увеличить их плотность энергии ".

Чтобы наконечник сохранял свою стабильность с течением времени, анод (т.е. отрицательно заряженный электрод в батарее) внутри него требует защитного слоя, известного как SEI, с длительным сроком службы. Если этот слой растворится во время работы батареи, как наблюдалось в прошлых исследованиях, производительность батареи резко снизится. Чтобы преодолеть ограничения ранее разработанных наконечников, Чжан и его коллеги решили разработать новый электролит, который продлил бы жизненный цикл SEIS.

"Наш новый электролит подавляет растворение защитного слоя анода", - объяснил Чжан. "Электролит изготовлен из более стабильной соли (бис(фторсульфонил)имидид натрия (NaFSI)) и растворителя с более низкой диэлектрической проницаемостью. В отличие от обычных электролитов, которые образуют защитный слой, богатый органическими компонентами и легко растворяющийся, новый электролит приводит к образованию защитного слоя, богатого неорганическими компонентами, поэтому он более стабилен при циклировании и хранении".

Исследователи протестировали свой электролит в полной ячейке HC || NaNMC и обнаружили, что он достиг замечательных результатов. В частности, элемент может сохранять более 90% своей емкости после 300 циклов при зарядке до 4,2 В. Эти результаты свидетельствуют о том, что электролит потенциально может обеспечить производство более стабильных и более эффективных решений для хранения энергии на основе натрия.

"Мы успешно снизили растворимость анодного защитного слоя и, следовательно, обеспечили длительную эксплуатацию высоковольтных натриево-ионных аккумуляторов", - добавил Чжан. "В наших следующих исследованиях мы планируем еще больше увеличить рабочее напряжение натриевых батарей и увеличить срок их службы".

ИСТОЧНИК