В условиях реальной неопределенности, связанной с мировыми поставками лития, альтернативные способы производства аккумуляторов будут иметь решающее значение для дальнейшего развития электромобилей и мобильных устройств. Одним из наиболее перспективных кандидатов в этой области является натрий-ионный аккумулятор, разработанный российской научно-исследовательской группой. Аккумуляторная батарея нового типа может похвастаться впечатляющей плотностью энергии, а также высокой устойчивостью к воздействию низких температур.

Российские ученые, тестирующие новый материал для катодов , сделали многообещающий шаг вперед в разработке натрий-ионных аккумуляторов. Depositphotos

Благодаря широкому разнообразию и дешевизне элемента натрий-ионные батареи привлекают все больше внимания как более устойчивая альтернатива литий-ионным аккумуляторам. Такие батарейки работают так же, как и литий-ионные устройства, перемещая ионы между двумя электродами посредством жидкого электролита. Новое исследование ученых из Сколковского института науки и технологий и Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова посвящено работе с отрицательным электродом, обычно называемым катодом.

Инженеры Сколтеха предложили новый материал для производства катода, способный значительно повысить плотность энергии. Это порошок фторид-фосфата натрия-ванадия. Данное вещество давно изучается исследователями ведущих стран мира и успешно используется в промышленном производстве. Однако, тщательно корректируя расположение атомов в кристаллической решетке порошка, ученым удалось добиться значительного прогресса.

"На самом деле, и наш новый материал, и тот, который недавно применялся в промышленности, называются одинанкво: фторидофосфата натрия - ванадия. Дело в том, что они состоят из атомов одних и тех же химических элементов", - рассказывает автор проекта Станислав Федотов из Сколтеха. "Разница лишь в расположении этих атомов друг относительно друга, а также в их соотношении между собой". 

Исследователи установили катод из нового материала в натрий-ионный монетовидный аккумулятор. В ходе испытаний было установлено, что он обеспечивает увеличение плотности энергии на 15% по сравнению с лучшими современными образцами. Кроме того, по словам разработчиков, новый материал позволяет использование натрий-ионных батарей в суровых условиях российского климата.

"Более высокая энергоемкость - это только одно из преимуществ нашего материала, - сказал Федотов. "Изготовленные из него катоды могут работать при относительно низких температурах, что особенно актуально для России ".

По мнению ученых, необходимы дальнейшие исследования подобных материалов, однако при дальнейшей работе они видят возможность использования подобных аккумуляторных элементов в тяжелых электромобилях, например, автобусах и грузовиках. Кроме того, рассматривается вариант хранения энергии получаемой от возобновляемых источников, например, ветровой или солнечной.

Результаты данного эксперимента были представлены в международном издании Nature Communications. 

Источники: Сколковский институт науки и технологий,  Journal Nature Communications. 

1. (https://www.nature.com/articles/s41467-022-31768-5)
2. (https://www.skoltech.ru/en/2022/08/new-material-pushes-sodium-ion-batteries-to-phase-out-costly-lithium/)
3. (https://www.skoltech.ru/2022/08/novyj-material-uskorit-perehod-s-litievyh-na-natrij-ionnye-akkumulyatory/)