Новости перспективных технологий

Натрий-ионные аккумуляторы поставили рекорд ёмкости и долговечности

Изображения с сайта compulenta.computerra.ru

Исследователи из Сеульского национального университета (Южная Корея) во главе с Ён Ук Паком (Young-Uk Park) представили новую модификацию натрий-ионных батарей, обладающих весомыми преимуществами перед нынешними литий-ионными разработками.

Несмотря на бóльшую ёмкость, натриевые аккумуляторы обычно не рассматриваются как серьёзные игроки на рынке накопителей энергии. Дело в том, что диаметр иона натрия — 1,02 Å, а иона лития — 0,59 Å. Поскольку в процессе зарядки-разрядки ионы должны входить и выходить из удерживающих их структур аккумулятора, вдвое бóльшие ионы значительно сильнее «расшатывают» такие элементы и со временем разрушают их. Поэтому в норме натриевые батареи уже через 50 циклов зарядки-разрядки теряют свыше половины своей ёмкости. Такие накопители мало кому нужны, верно?

Общее устройство натрий-ионного аккумулятора (иллюстрация EMSL).

Но у них есть и несомненный плюс: ёмкость устройств на столь крупных ионах в теории намного выше, чем у литиевых, находящихся на конвейере сегодня. Быть может, с низкой живучестью всё же можно что-то сделать?

Группа Ён Ук Пака создала новый катод для натрий-ионных аккумуляторов, который содержит ванадиевые окислительно-восстановительные пары, предохраняющие систему от разрушения и в то же врем позволяющие иметь более высокую, чем обычно, ёмкость. По заявлениям разработчиков, новые аккумуляторы имеют до 600 Вт•ч на килограмм веса, что в 2,5—6 раз больше, чем у серийных литиевых батарей, присутствующих на рынке сегодня. Кстати, лучший предшествующий натриевый образец располагал лишь 520 Вт•ч/кг (на 13% меньше).

Что со стабильностью? После 100 циклов зарядки-разрядки ёмкость нового накопителя падает на 5%, однако после этого процесс деградации начинает резко замедляться, и через 500 циклов ёмкость снижается лишь до 84%. Более длительные циклы испытаний ещё только ждут новинку, но уже сейчас показатель сравним с цифрами литиевых батарей предыдущего поколения и во много раз больше, чем у натриевых предшественников. Для электромобилей, где нужно работать с частой зарядкой-разрядкой в течение, скажем, десятилетия, технология пока ещё не очень пригодна, хотя после доведения живучести до ума натрий-ионные батареи вполне способны совершить здесь настоящую революцию, наконец-то подарив нам доступные электромобили с дальностью хода во много сотен километров.

Сравнение нового катодного материала для натрий-ионных батарей с его предшественниками убедительно демонстрирует серьёзнейший прогресс, которого удалось добиться корейским материаловедам. (Иллюстрация Park, et al.)

Но ещё раньше нас с вами затронут более близкие перспективы. Натрий стоит почти в 30 раз меньше, и батареи из него будут куда дешевле литиевых. Причём ресурсы для его добычи есть везде: вспомните хотя бы обычную поваренную соль, то есть хлорид натрия. А вот литиевые соли почему-то встречаются реже, и самые концентрированные их запасы вообще находятся в Афганистане: поди добудь их...

Следовательно, аккумуляторы для лэптопов и смартфонов на этой основе имеют смысл уже сегодня: при такой ёмкости стандартный ноутбук проработает под большой нагрузкой в несколько раз дольше, а пропуск ежевечерней подзарядки «Айфона» наконец-то прекратит сниться вам в кошмарных снах.

Отчёт об исследовании опубликован в издании Journal of the American Chemical Society.

Информация с сайта compulenta.computerra.ru по материалам Phys.Org.

Автор оригинального текста: Александр Березин.