Новый электрод поможет натрий-ионным аккумуляторам «догнать» литий-ионные

Исследователи из Стэнфордского университета разработали новый катод для натрий-ионных аккумуляторов, который позволит достичь емкости, сравнимой с литий-ионными аккумуляторами при гораздо меньшей стоимости производства. Исследование опубликовано в журнале Nature Energy.

Многие современные электронные устройства работают за счет литий-ионных аккумуляторов. Их принцип действия основан на том, что при разрядке ионы лития перемещаются от анода к катоду, а электроны в противоположном направлении. Они обладают высокими электрическими характеристиками, но из-за ограниченных запасов лития сырье для их создания стоит дорого. Из-за этого ученые ищут альтернативные материалы. В качестве одной из таких альтернатив предлагаются натрий-ионные аккумуляторы, работающие по такому же принципу, но использующие натрий в качестве ионов, перемещающихся между электродами. Но такой тип батарей также имеет недостаток: несмотря на гораздо меньшую стоимость, такие батареи, как правило, имеют невысокую емкость.

Американские ученые разработали новый натриевый катод, позволяющий добиться высокой емкости. В качестве материала они выбрали родизонат натрия Na₂C₆O₆. Предыдущие исследования показали, что это вещество обладает высокой теоретической емкостью, но на практике значительно теряет ее после первого цикла зарядки-разрядки. Ученые выяснили, что причина такого поведения заключается в необратимом фазовом переходе родизоната натрия из α- в γ-фазу с разными структурами, из-за чего количество ионов натрия, «принимаемых» во время разрядки, уменьшается.

В качестве решения этой проблемы исследователи предложили использовать специальный электролит диглим, облегчающий фазовый переход, а также катод, состоящий из небольших частиц, размером около сотен нанометров. Ученые проверили электрические свойства такой конфигурации, и выяснили, что емкость электрода составляет до 484 миллиампер-час на грамм при теоретической емкости 501 миллиампер-час на грамм, достигаемой при присоединении четырех ионов натрия ко всем молекулам родизоната.

Ученые считают, что такое строение электродов позволит создавать гораздо более дешевые, но в то же время эффективные аккумуляторы на основе натрия. Несмотря на то, что они провели первичные тесты с анодом на основе фосфора и углерода, в будущем они планируют оптимизировать материал и строение анода для создания полноценного эффективного аккумулятора.

В 2015 году другая группа американских физиков предложила использовать новый материал для катодов натрий-ионных аккумуляторов. Интересно, что эта группа исследователей работала под руководством Джона Гуденафа — изобретателя литий-ионного аккумулятора.

Григорий Копиев