Натрий-ионные батареи становятся реальной альтернативой литий-ионным

Истощение мировых запасов лития вынуждает искать более распространенную альтернативу этому элементу для применения в батареях. Одним из потенциальных кандидатов считается натрий — более дешевый, чем литий и нетоксичный материал, запасы которого в природе практически безграничны.

В настоящее время главным недостатком натрий-ионных батарей является низкая скорость зарядки и разрядки. Попытки как-либо ускорить эти процессы до сих пор вели к значительному снижению емкости.

В новой статье, вышедшей в Journal of the American Chemical Society, исследователи под руководством профессора Енг Лея (Yong Lei) из Технического университета Ильменау (Германия), сообщили о существенном прогрессе в этом направлении. Ученые продемонстрировали натрий-ионные батареи со значениями скорости зарядки/разрядки и емкости, сопоставимыми с наилучшими показателями органических натрий-ионных и литий-ионных устройств.

Натрий и литий имеют общую тенденцию терять электроны, что делает их хорошими анодными материалами. Но ионы натрия примерно на 25% крупнее ионов лития, и поэтому им труднее проникать в кристаллическую структуру электродов — туда, где протекает химическая реакция. В этом причина медленного транспорта зарядов и связанная с ней проблема стабильности материалов.

Так как исследователи не могли уменьшить размеры ионов натрия, они сосредоточили усилия на улучшении эффективности внедрения ионов в электроды. Для этого авторы использовали стратегию молекулярного конструирования, включающую манипулирование межмолекулярными связями.

На средней плотности тока (1 A/г), новая батарея демонстрирует впечатляющую емкость 160 мАч/г, и хорошую стабильность (70% первоначальной емкости сохраняется после 400 циклов). Максимальная же плотность тока (мера скорости зарядки/разрядки) у новой батареи составляет 10 А/г при емкости 72 мАч/г. Это в 1000 раз больше, чем достигалось в прошлом для большинства органических натрий-ионных батарей.

Достигнутые результаты, по мнению авторов, будут способствовать интеграции натрий-ионных аккумуляторов в портативную и носимую электронику.

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