Ученые США недавно разработали первую в мире твердотельную натриевую батарею без анода. Это привело к разработке недорогих, быстро заряжающихся, высокоемких батарей для использования в электромобилях и электросетях. Научная работа была опубликована в последнем выпуске журнала Nature Energy.
Литиевые батареи стали стандартом для электромобилей и мобильных устройств, но их производительность ограничена рядом факторов. Во-первых, литий ограничен в земной коре. Кроме того, резкий рост спроса на литий-ионные батареи привел к росту цен на литий. Натрий примерно в 1,000 раз более распространен в земной коре, чем литий, и он также является более экологически чистым материалом для батарей.
Обычная конструкция аккумулятора состоит из катода и анода. Во время зарядки анод хранит ионы. Во время разрядки ионы текут от анода через электролит к токосъемнику (катоду) для питания устройства и автомобиля. В безанодных аккумуляторах ионы хранятся непосредственно на поверхности токосъемника путем электрохимического осаждения щелочных металлов. Такой подход не только увеличивает напряжение и плотность энергии аккумулятора, но и снижает стоимость, но и создает новые проблемы.
Первый автор Грейсон · Дей Шелл из Калифорнийского университета в Сан-Диего, США, объясняет, что в безанодных батареях необходимо поддерживать хороший контакт между электролитом и токосъемником. Это легко сделать с жидкими электролитами, поскольку жидкости могут течь, а твердые электролиты — нет. Однако, пока жидкий электролит потребляет активный материал, он будет создавать нарастание твердого электролитного интерфейса, что приведет к снижению производительности батареи.
Чтобы решить эту проблему, исследовательская группа применила другой подход и разработала новую архитектуру натриевой батареи: они использовали твердый алюминиевый порошок с жидкоподобной текучестью для создания токосъемника. Во время сборки батареи алюминиевый порошок становится плотным под высоким давлением, образуя твердый токосъемник, сохраняя при этом жидкоподобный контакт с электролитом, что позволяет проводить недорогие и высокоэффективные циклы заряда-разряда.
Исследовательская группа считает, что недавно разработанная натриевая батарея имеет стабильную структуру и может быть циклирована сотни раз. Удаление анода и замена лития на натрий делают процесс производства новой батареи более экономичным и экологически чистым. Инновационная твердотельная конструкция также повышает безопасность батареи.