Твердотельный натриевый аккумулятор обеспечивает наивысшую производительность и безопасность

Швейцарские исследователи разработали прототип нового, полностью твердотельного аккумулятора, способного хранить больше энергии, чем традиционные литий-ионные батареи.

Подробности исследования, проведенного специалистами Швейцарской Федеральной лаборатории материаловедения и технологий (EMPA) и Женевского университета, представлены в статье Energy and Environmental Science. Помимо емкости, аккумулятор отличается большей безопасностью в сравнении с литий-ионными аналогами.

Для работы батарее требуются 3 ключевых компонента: анод, катод и электролит. Большинство современных аккумуляторов основаны на ионах лития. При заряде они перемещаются от катода к аноду. Для предотвращения формирования литиевых дендритов, микроскопических сталагмитов, способных вызвать короткое замыкание и возгорание, отрицательный элемент выполняется из графита. Хотя металлический литий мог бы повысить емкость изделия.

Авторы сосредоточились на преимуществах «твердой» батареи. В ней отсутствует жидкий электролит. Это позволяет использовать металлический анод без риска формирования дендритов.

«Нам все еще нужно найти подходящий твердый ионный проводник: нетоксичный, химически и термически стабильный, а также позволяющий свободно двигаться натрию между элементами аккумулятора, — объяснил профессор Ханс Хагеманн из Женевского университета. – Исследователи выяснили, что частью свойств обладает борное соединение клозо-боран. Вещество также устраняет риск возгорания при перезарядке».

Авторам удалось соединить в прототипе анод (металлический натрий), катод (смешанный оксид хрома и натрия) и электролит (клозо-боран). Последний пришлось частично растворить при внедрении. После испарения растворителя ученые соединяли композитный порошок катода с анодом и электролитом, спрессовывая слои для формирования батареи. Готовое изделие сохранило стабильность при 3 В, тогда как предыдущие твердотельные батареи разрушались в этих условиях. Изделие выдержало более 250 циклов перезарядки с сохранением 85% емкости. «Но до вывода изделия на рынок нужно довести цифру до 1 200 циклов», — заявили исследователи. Кроме того, нам еще нужно проверить аккумулятор при комнатной температуре. Наши эксперименты все еще продолжаются».