Аккумуляторные батареи, использующие натрий в составе электродов, по некоторым ключевым показателям демонстрируют многообещающие перспективы, когда речь заходит о накопителях энергии нового поколения. Результаты нового исследования приблизили их к практическому применению. Специалистами из Великобритании был разработан новый материал для сепараторов из морских водорослей, который повышает долговечность этой конструкции аккумуляторных батарей и в то же время способствует увеличению емкости.

Ученые использовали бурые морские водоросли в качестве отправной точки для создания передового материала для батарейDepositphotos

Технология изготовления натрий-ионных батарей привлекает все больше внимания специалистов, поскольку она предлагает более устойчивую альтернативу аккумуляторам на основе лития, который относительно редок и дорог в добыче. В отличие от него, натрий более широко распространен в природе к тому же обладает высокой расчетной емкостью. Результаты последних исследований все чаще указывают на то, что он может сыграть важную роль в качестве недорогого накопителя энергии в будущем.

Однако есть одна проблема, с которой ученые продолжают сталкиваться при использовании натриевых батарей, - это неконтролируемый рост щупальцеобразных образований, известных как дендриты. Они образуются в процессе работы батареи, разрушая мембрану сепаратора, расположенную между двумя электродами, и вызывая короткое замыкание.

Исследователи из Бристольского университета предложили новое решение этой проблемы. В сотрудничестве с учеными из Имперского колледжа и Университетского колледжа Лондона авторы взяли целлюлозу, полученную из бурых морских водорослей, и на ее основе сконструировали новый волокнистый материал сепаратора для натриевых батарей. Такие волокна предотвращают образование дендритов, а также повышают производительность элементов питания.

"Цель сепаратора - разделить функциональные части элемента питания ( плюс и минус) и обеспечить свободную транспортировку заряда", - рассказывает Цзин Ванг, руководитель проекта. "Мы показали, что материалы на основе морских водорослей могут сделать сепаратор очень прочным и предотвратить его разрушение металлическими структурами из натрия. Кроме того, это позволяет увеличить емкость и эффективность, увеличивая срок службы батарей, что является ключевым фактором для обеспечения энергией таких устройств, как мобильные телефоны, в течение гораздо более длительного времени".

В ходе тестирования авторы обнаружили, что конструкция аккумулятора может сохранять "беспрецедентную" длительную стабильность, обеспечивая высокую плотность энергии на протяжении более чем 1 000 циклов. Команда утверждает, что такая концепция может быть распространена и на другие типы батарей, чтобы сделать их более надежными и эффективными. Теперь специалисты переключили свое внимание на масштабирование процесса производства таких материалов.

"Мы были рады увидеть, что такие нано-материалы способны укрепить материалы сепаратора и расширить потенциал для перехода к батареям на основе натрия", - рассказывает д-р Амака Онианта. " А это значит, что нам не придется использовать такой дефицитный ресурс, как литий, добыча которого нередко ведется неэтично и для его производства расходуется большое количество природных ресурсов, включая воду".

Результаты этого проекта были представлены в статье издания Advanced Materials. 

Источник: University of Bristol, Journal Newatlas,  journal Advanced Materials. 

1. (https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.202206367)

2. (http://bristol.ac.uk/news/2022/october/seaweed-based-battery-.html)

3 (https://newatlas.com/energy/separator-seaweed-sodium-battery-performance-boost/)