Прорив учених США в галузі натрій-іонних акумуляторів змусить Китай шкодувати

Вчені Аргоннської національної лабораторії Міністерства енергетики США створили акумулятор, який забезпечує 400 циклів. Це підвищить ефективність натрій-іонних акумуляторів, пише Interesting Engineering.

Дослідники розробили новий спосіб вирішення серйозної проблеми, яка заважала широкому використанню цих акумуляторів, — проблеми зниження продуктивності через розтріскування катода під час циклів заряду-розряду. Нова розробка може допомогти натрій-іонним акумуляторам стати практичною заміною широко використовуваних літій-іонних акумуляторів.

Вчені пояснили, що натрій-іонні акумулятори стають привабливою альтернативою літій-іонним акумуляторам завдяки більшій поширеності та нижчій вартості натрію. Під час дослідження вони працювали над поліпшенням катода, який є життєво важливою частиною батареї. Вони створили катод з використанням оксидного матеріалу на основі іонів натрію з унікальним металевим складом, включно з нікелем, кобальтом і марганцем.

Дослідники сказали, що ці метали нерівномірно розподілені в окремих частинках катода. Наприклад, нікель перебуває в ядрі; навколо цього ядра знаходяться кобальт і марганець, які утворюють оболонку. Це означає, що елементи служать різним цілям. Багата на марганець поверхня надає частинці структурної стійкості під час циклів заряду-розряду. Багате нікелем ядро забезпечує високу ємність для зберігання енергії. Вони створили його з поверхнею, збагаченою марганцем, і серцевиною, збагаченою нікелем, для підвищення стабільності та вироблення енергії. Однак початкові випробування виявили утворення тріщин на кордоні ядра й оболонки, а також усередині самого ядра навіть за температур до 250 градусів за Цельсієм. Вчені додали, що ці тріщини з'явилися на ядрі та межі ядро-оболонка, а потім перемістилися на поверхню. Очевидно, що градієнт металу спричинив значну деформацію, що призвела до цих тріщин.

Щоб зрозуміти, чому утворилися ці тріщини, дослідники використовували передові рентгенівські методи для вивчення структури катода в процесі його створення. Вони нагрівали суміш вихідного матеріалу і гідроксиду натрію до температури 600 градусів за Цельсієм, щоб простежити за утворенням тріщин.

Група виявила, що швидкість нагріву катода під час його створення має вирішальне значення. Уповільнивши цей процес нагрівання, вони змогли запобігти утворенню тріщин. Ця проста зміна значно поліпшила продуктивність катода, дозволивши йому зберігати високу енергоємність протягом понад 400 циклів заряду-розряду.

Нова технологія відкриває шлях до створення натрій-іонних акумуляторів, які не тільки вирізняються низькою вартістю і тривалим терміном служби, а й потенційно високою щільністю енергії, яку можна порівняти з літій-іонними акумуляторами. Вона також допоможе знизити залежність США від китайських батарей.

Раніше ми писали, що нова батарея на основі розплавленої солі стійка до займання. Вчені створили нову високотемпературну батарею, яка не займається під час роботи. Як електроліт у пристрої використовується розплавлена сіль.