Натрий-ионные аккумуляторы считаются перспективной альтернативой литий-ионным. Они не требуют критически важного сырья. Вместо него используется натрий. Этот элемент практически неисчерпаем на Земле в составе поваренной соли (NaCl), поэтому натрий-ионные аккумуляторы также называют аккумуляторами на расплавах солей. Они дешевле и проще в производстве, чем другие типы аккумуляторов.
Однако натрий-ионные аккумуляторы сталкиваются с рядом проблем, таких как опасность возгорания и короткий срок службы. Исследователям из Гонконга удалось разработать новый тип натриевого аккумулятора «без анода», который снижает риск коротких замыканий и сокращение срока службы при быстрой зарядке. В пресс-релизе исследователи называют эту разработку «технологическим прорывом».
В ходе лабораторных испытаний новый тип аккумулятора заряжался за считанные минуты без ущерба для его стабильной работы. Аккумулятор продемонстрировал скорость быстрой зарядки в 10С, что означает полную зарядку за 6 минут. Более того, элемент сохранял более 70% своей ёмкости после 500 циклов зарядки.
Учёные годами исследовали безанодные натриевые аккумуляторы. В этих аккумуляторах анод не устанавливается заранее. Анод формируется только во время зарядки, когда ионы натрия осаждаются на металлическом токосъемнике (также токоприемник).
До сих пор проблема заключалась в том, что натрий склонен к коротким замыканиям. Ионы натрия неравномерно оседают на токосъемнике, что может привести к образованию дендритов. Эти разветвлённые металлические отложения могут приводить к коротким замыканиям. Быстрая зарядка усугубляет этот эффект.
Аккумулятор без анода в разряженном состоянии (слева). Во время зарядки на токоприемнике образуется слой металлического натрия
Неравномерное отложение солей возникает из-за того, что не все ионы натрия могут достигать токоприемника с одинаковой скоростью. Исследовательская группа из Гонконга совместно с коллегами из Пекина смогла решить эту проблему. Они увеличили концентрацию солей натрия в электролите. Это позволило добавить больше ионов натрия в электролит. Во время зарядки вблизи токоприемника оказывается достаточное количество ионов для обеспечения равномерного осаждения.
Более большое количество ионов натрия способствует более равномерному осаждению
«Натрий стоит в десять раз дешевле лития, широко распространен в морской воде и может значительно снизить стоимость электромобилей и систем накопления энергии. Его добыча также проще, экологичнее и менее вредна для окружающей среды, что способствует развитию зеленой экономики», — цитируется в пресс-релизе профессор Ли Лянлян.
Новая технология потенциально может быть использована для создания доступных и экологичных решений в области мобильности, одновременно снижая зависимость от импорта лития. Исследователи надеются развить эту разработку с помощью своего безанодного аккумулятора. Этот тип аккумуляторов может найти применение не только в лабораторных условиях, но и в электромобилях, системах накопления энергии на основе возобновляемых источников и даже в бытовой электронике.
