Создана первая в мире "твердая" батарея без анода: дешевая, мощная и быстро заряжается

Ученые из Притцкеровская лаборатория хранения и преобразования энергии в Чикаго (США) разработали первую в мире безанодную твердотельную натриевую батарею для электромобилей и энергосистем. Об этом сообщает издание Тechxplore.

Исследователям удалось в одном устройстве объединить три критерия, чего ранее никому не удавалось. В результате они получили натриевые твердотельные безанодные аккумуляторы. А все благодаря новой архитектуре, которая позволяет выдерживать нескольких сотен циклов, оставаясь стабильной. Без анода и с недорогим натрием вместо лития этот новый тип батареи станет более доступным и экологически чистым в производстве. Благодаря инновационной твердотельной конструкции аккумулятор также будет безопасным и мощным.

Дефицит лития в сочетании с ростом спроса на литий-ионные аккумуляторы для ноутбуков, телефонов и электромобилей привел к стремительному росту цен на аккумуляторы. Именно поэтому исследователи ищут замену этому минералу.

Чтобы создать натриевую батарею с плотностью энергии, как у литиевой, команде пришлось изобрести новую архитектуру. Традиционные батареи имеют анод для хранения ионов во время зарядки. Пока батарея работает, ионы перетекают от анода через электролит к катоду, питая таким образом устройства и электромобили. Безанодные батареи сохраняют ионы путем электрохимического осаждения щелочного металла непосредственно на катоде. Этот подход обеспечивает более высокое напряжение, более низкую стоимость и повышенную плотность энергии. Но есть и проблемы.

В любой безанодной батарее должен быть хороший контакт между электролитом и катодом. Обычно это очень легко сделать при помощи жидкого электролита, поскольку жидкость может течь повсюду и смачивать любую поверхность. Твердый электролит не может этого сделать. Однако жидкие электролиты создают нежелательные накопления и постепенно потребляют активные материалы, что со временем снижает КПД батареи.

Команда применила инновационный подход: вместо того, чтобы использовать электролит, окружающий катод, они создали катод, окружающий электролит. Данный коллектор тока состоит из алюминиевого порошка, твердого вещества, которое, однако, может "течь" подобно жидкости. Во время цикла сборки батареи порошок уплотнили под высоким давлением, образуя твердый катод, сохраняя при этом жидкостный контакт с электролитом, что позволяло осуществлять недорогую и высокоэффективную циклическую работу.

Ученые уверены, что их разработку можно будет коммерциализировать. Они уже подали заявку на патент.

Ранее мы писали, что учеными найдено дешевое вещество, способное удвоить плотность энергии батарей. Проточные окислительно-восстановительные батареи будут работать на основе виологенов, которые ученые делают из обычных углерода и кислорода.