Открыт ключевой механизм работы натрий-воздушных батарей

Исследователи из Института нанотехнологии при Университете Ватерлоо (Канада) первыми описали ключевую реакцию, протекающую в натрий-воздушных батареях. Такие устройства считаются наиболее перспективными из металл-кислородных батарей. Они несколько уступают литий-ионным аналогам по емкости, но могут перезаряжаться с более, чем 93% эффективностью и достаточно дешевы для крупномасштабных приложений, таких как аккумулирование энергии в электросетях.

Результаты работы коллектива под руководством профессора Линды Назар (Linda Nazar) опубликованы в журнале Nature Chemistry. Главным из них является открытие, так называемого, катализатора переноса протонной фазы. Благодаря выяснению его роли в реакциях зарядки и разрядки, канадские химики смогли не только увеличить емкость батареи, но и обеспечить практически идеальную ее перезарядку.

Этот катализатор переносит образующиеся молекулы супероксида натрия (NaO2) в раствор, где из них в процессе разрядки формируются кубические нанокристаллы. При перезарядке батареи эти кубические кристаллы растворяются в реакции, протекающей также с участием катализатора протонной фазы.

Авторы утверждают, что такой катализатор может работать и с литий-воздушными батареями, однако супероксид лития слишком нестабилен и моментально превращается в перекись лития (Li2O2). После этого преобразования катализатор протонной фазы теряет способность стимулировать обратную реакцию, таким образом, для создания работоспособных литий-кислородных устройств требуется найти дополнительный регулятор окислительно-восстановительной реакции, который обеспечит эффективную зарядку батареи.

«Достигнутое новое понимание сводит вместе множество разрозненных фрагментов загадки, позволяя получить полную картину, – отметила профессор Назар. – Эти результаты изменят наше представление о неводяных металл-оксидных батареях».