Натрий-ионная батарея, композитный анод
Новый анодный материал обещает натриевым батареям такую же быструю зарядку, как у литий-ионных аккумуляторов, но без образования дендритов. Depositphotos

Ученые ищут  варианты  ухода от лития в батареях, заменив его более дешевыми и экологичными аналогами.

 

Одним из таких материалов, который может заменить литий в  батарее является натрий. Его достаточно много в земной коре, он дешевле и его добыча менее затратна и загрязнительна для окружающей среды. Но сильное образование дендритов – наростов на аноде, сделанного из натрия, сильно тормозит его применение в качестве материала анода.

 

Дендриты - это игольчатые наросты, образующиеся на электроде, которые препятствуют работе многих экспериментальных батарей.

 

Команда ученых из Техасского университета (UT) в Остине нашла интересное  решение этой проблемы, предложив  оригинальную технику изготовления анода из натрия методом "слоеного теста".

 

Натрий в качестве материала анода,  поможет исключить из состава современных аккумуляторных батарей такие редкие металлы, как литий и кобальт.  Добыча этих материалов связана с вредным воздействием на окружающую среду, таким  как загрязнение водостоков и деградация почвы,

 

 

Натрий, напротив, дешев, его много, и он предлагает более экологически безопасное решение для хранения энергии. Попытки, предпринимаемые раньше, не смогли довести характеристики натриевых батарей до уровня сегодняшних литий-ионных аккумуляторов по причине образования дендритов. 

 

Дендритные наросты образуются на натриевом аноде во время рабочего цикла аккумулятора и могут вызвать его короткое замыкание, перегрев или возгорание.

 

Решение проблемы состояло в том, чтобы сделать материал анода как можно более равномерным, поскольку даже незначительные дефекты на поверхности дают старт образованию дендритам, приводящим к разрушению всего устройства.

 

Исследователи из UT Austin считают, что им удалось найти решение этой проблемы с помощью композитного материала под названием интерметаллический теллурид сурьмы-натрия, который служит анодом. Он формируется из тонких листов металлического натрия, которые накатываются на порошок теллурида сурьмы и образуют аналог слоеного теста. Этот процесс повторяют снова и снова, чтобы сформировать анодный материал. Эта технология позволяет получить очень равномерное распределение атомов натрия  в аноде, что снижает вероятность образования дендритов.

«Это очень похоже на технологию приготовление слоеного теста», - подметил автор исследования Дэвид Митлин.

Натрий-ионная батарея, композитный анод
Новый металлический натриевый анод для аккумуляторных батарей препятствует образованию дендритов (слева), что является общей проблемой со стандартными металлическими натриевыми анодами, как показано справа. Иллюстрация Техасский университет Остин

Композитный материал не только предотвращает образование дендритов, но и повышает стабильность натриевой батареи. Ученые отмечают, что он имеет более высокую теоретическую плотность энергии, чем любой существующий натрий-ионный анод, и, следовательно, можно получить большую емкость. Скорость зарядки сравнима с литий-ионным аккумулятором.

 

«По сути, мы решаем сразу две проблемы», - говорит Митлин. «Как правило, чем быстрее вы заряжаете батарею, тем больше этих дендритов вырастает. А подавив  рост дендритов,  можное заряжать и разряжать батарею еще быстрее, потому что это будет безопасно».

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.

Новости о науке, технике, вооружении и технологиях.

Подпишитесь и будете получать свежий дайджест лучших статей за неделю!