Твёрдая натриевая батарея сочетает надёжность с высокой производительностью

Инженеры из Empa, Швейцарской национальной лаборатории материаловедения и Женевского университета (UNIGE) сконструировали прототип аккумулятора, не содержащий жидких компонентов. Новый тип батарей обладает большей энергоёмкостью, чем нынешние коммерческие продукты, и обеспечивает повышенный уровень безопасности и надёжности. Вдобавок, в нём используется натрий — дешёвая альтернатива литию. Детальный отчёт об этом изобретении разместило у себя научное издание — Energy and Environmental Science.

В поиске подходящего твердого вещества для электролита, учёные руководствовались тремя основными соображениями: оно должно было быть нетоксичным, химически и температурно устойчивым и обеспечивать беспрепятственный транспорт ионов натрия между катодом и анодом. В конечном итоге они нашли подходящий вариант. Всем этим требованиям удовлетворило бороводородное соединение — клозоборан.

Для того, чтобы создать надёжный контакт между всеми компонентами батареи, исследователи развели часть электролита в летучей жидкости и добавили в раствор порошкообразный хромонатриевый оксид. После испарения растворителя, они нанесли катодный порошковый композит на электролит и анод, а затем спрессовали эти слои вместе, получив готовую батарею

Выбор твёрдого электролита вместо жидкости, склонной к возгоранию, позволил авторам применить высокоёмкий и легкий металлический анод (поскольку твёрдый материал электролита блокирует рост дендритов). Благодаря этому полученное ими устройство может вмещать больше энергии с гарантированной безопасностью.

В испытаниях прототип продемонстрировал отличную электро-химическую стабильность, он выдерживал напряжение 3 В, которое повреждало большинство твёрдых электролитов в прежних экспериментах. После 250 циклов зарядки и разрядки батарея сохранила 85% первоначальной ёмкости.

Коллектив Empa и UNIGE планирует довести эксплуатационную стабильность своего устройства до 1200 циклов и лишь после этого выпустить новую батарею на рынок. Кроме того, они намерены продолжить испытания при комнатной температуре и проверить, не приведёт ли дальнейшее повышение напряжения к развитию дендритов.

Ready, set, buy! Посібник для початківців - як придбати Copilot для Microsoft 365