В новых стабильных натриевых батареях отсутствует анод

В натрий-ионной батарее, которая разработана в университете Вашингтона в Сент-Луисе (штат Миссури), недостаёт одного важного элемента, благодаря чему она не только дешевле традиционных литий-ионных источников питания, но и имеет значительно меньшие габариты.

«Лучший анод, это отсутствие анода», — говорит доцент Пэнг Бай (Peng Bai), в чьей лаборатории и было сделано открытие, которому посвящена статья в майском выпуске журнала Advanced Science.

Сама концепция замены дефицитного лития дешёвым натрием и даже идея устранения анода были известны и ранее, однако до сих пор никому не удалось продемонстрировать стабильную работу безанодной батареи в течение более-менее практичного отрезка времени. Причиной, ведущей к росту дендритов в таких батареях, считали высокую реактивность щелочных металлов, в данном случае, натрия.

В новой конструкции в качестве токоприемника на анодной стороне используется только тонкий слой медной фольги, т. е. батарея не имеет активного анодного материала. Вместо того, чтобы накапливаться в аноде, ионы в безанодной батарее превращаются в металл. Сначала они осаждаются на медную фольгу, а когда приходит время вернуться к катоду, растворяются в электролите.

«В нашем открытии нет дендритов, комментирует Бинюань Ма (Bingyuan Ma), первый автор статьи. — Осаждённый слой гладкий, с металлическим блеском. Подобный режим роста никогда не наблюдался для щелочного металла такого типа».

Контролировать состояние батареи в ходе её эксплуатации помогла разработанная учёными прозрачная капиллярная ячейка. Она позволила визуально наблюдать за возникновением морфологических неоднородностей, служащих зародышами для дендритов. Она же позволила точно прояснить, насколько необходимо уменьшить количество воды в электролите (для снижения реактивности натрия).

«Содержание воды должно быть ниже 10 частей на миллион», — сказал Бай. С этим пониманием он смог построить не просто капиллярный элемент, но рабочую батарею, которая по своим характеристикам нет уступает стандартной литий-ионной, но занимает гораздо меньше места из-за отсутствия анода.

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