Поскольку традиционные литий-ионные аккумуляторы приближаются к пределу своих возможностей, учёные активно разрабатывают альтернативные технологии. Они пытаются создать батареи с более высокой плотностью энергии, быстрой зарядкой и большей экологичностью. Литий-ионные решения хоть и стали основой современной электроники, имеют ограничения по безопасности, ёмкости и зависят от редких материалов.
Перспективной альтернативой считаются твердотельные аккумуляторы, где жидкий электролит заменён твёрдым. Это позволяет использовать более дешёвые и экологичные материалы, потенциально увеличивая плотность энергии до 40%. Однако главная сложность таких батарей – обеспечение стабильного контакта между твердотельным электролитом и анодом. Потеря контакта может привести к полному отказу аккумулятора.
Исследователи из немецкого Федерального института исследований и испытаний материалов (BAM) работают над этой проблемой. Они создают новый твердотельный электролит на основе натриевых суперионных проводников (NASICON). Данный материал отличается высокой ионной проводимостью при комнатной температуре и химической стабильностью при контакте с калием, что делает его перспективным для мощных и практичных твердотельных батарей.
Уже сейчас аноды из жидких щелочных металлов показывают в сто раз большую энергоэффективность по сравнению с графитовыми, но для их работы требуется нагрев до 250°C. «Наша цель – перенести преимущества этой технологии на комнатную температуру», – пояснил Густав Гребер, эксперт по аккумуляторным материалам и исследователь BAM. Для этого калий тестируется как добавка, снижающая температуру плавления анодов. Однако обычные твердотельные электролиты при контакте с калием разрушаются.
Существующие NASICON-материалы стабилизируют гафнием – редким и дорогим элементом. Команда Гребера ищет более доступные и экологичные аналоги. Успех этой работы может привести к созданию безопасных, дешёвых и значительно более эффективных натриевых твердотельных аккумуляторов.