Исследователи из Токийского университета науки сделали еще один шаг в продолжающихся поисках вывода на рынок натрий-ионных аккумуляторов нового поколения. Им удалось достичь более высокой плотности энергии в натрий-ионных аккумуляторах, чем в литий-ионных.
Литий-ионные против натрий-ионных
До сих пор литий-ионные аккумуляторы занимают первое место среди перезаряжаемых батарей. Литий-ионные аккумуляторы отдают приоритет плотности энергии, что позволяет автомобилям проезжать дальше, а не долговечности или стабильности. Они также конкурентоспособны по цене и имеют быстрое время зарядки. Но литий и другие редкие и дорогие металлы, такие как кобальт и медь, не являются самыми распространенными материалами на Земле, и их постоянно растущий спрос может привести к проблемам с поставками.
Джеймс Куинн, генеральный директор Faradion Ltd., разработчика натрий-ионных аккумуляторов из Шеффилда, Англия, рассказал Bloomberg в сентябре:
Натрий — шестой по распространенности элемент на Земле, он практически неисчерпаем и устойчив. Его добывают, а не так много извлекают.
Натрий-ионные аккумуляторы становятся более дешевой альтернативой. В настоящее время в ряде стран проводятся многочисленные исследования по коммерциализации натрий-ионных аккумуляторов.
Прорыв команды в области натрий-ионных аккумуляторов
В недавнем исследовании, опубликованном в Angewandte Chemie International Edition, команда сообщила, что они нашли энергоэффективный метод производства нового углеродного материала для натрий-ионных аккумуляторов с очень высокой емкостью хранения натрия.
Исследование было сосредоточено на синтезе твердого углерода — высокопористого материала, который служит отрицательным электродом перезаряжаемых аккумуляторов, — с использованием оксида магния (MgO) в качестве неорганического шаблона наноразмерных пор внутри твердого углерода.
В релизе Токийского университета науки говорится:
Исследователи изучили другой метод смешивания ингредиентов шаблона MgO, чтобы точно настроить наноструктуру получаемого электрода из твердого углерода. После многочисленных экспериментальных и теоретических анализов они определили оптимальные условия изготовления и ингредиенты для получения твердого углерода с емкостью 478 мАч/г, что является самым высоким показателем, когда-либо зарегистрированным для этого типа материала.
Емкость этого вновь разработанного электродного материала на основе твердого углерода превосходит емкость графита (372 мАч/г), который в настоящее время используется в качестве отрицательного электродного материала в литий-ионных аккумуляторах.
Графит не работает в натрий-ионных аккумуляторах, и Faradion уже использует анод из твердого углерода, но этот последний прорыв делает углерод еще «тверже».
Даже несмотря на то, что натрий-ионный аккумулятор с этим отрицательным электродом из твердого углерода теоретически будет работать при более низком напряжении на 0,3 вольта по сравнению со стандартным литий-ионным аккумулятором, более высокая емкость первого приведет к значительно большей плотности энергии по весу (1600 Втч/кг против 1430 Втч/кг), что обеспечит увеличение плотности энергии на 19%.
Профессор Синъити Комаба из исследовательской группы сказал:
Наше исследование доказывает, что возможно создание натрий-ионных аккумуляторов с высокой плотностью энергии, опровергая распространенное мнение о том, что литий-ионные аккумуляторы имеют более высокую плотность энергии. Разработанный нами твердый углерод с чрезвычайно высокой емкостью открыл дверь для разработки новых натрий-хранящих материалов.
Дальнейшие исследования потребуются для проверки того, что предложенный материал действительно обеспечивает превосходный срок службы, входные-выходные характеристики и работу при низких температурах в натрий-ионных аккумуляторах.
Фото: Hilary Halliwell/Pexels.com