Созданы предпосылки для перехода от литий-ионных к натрий-ионным аккумуляторам

Источник: good-battery.ru

В настоящее время производство аккумуляторов базируется в основном на использовании литий-ионных батарей. Но у данной технологии есть множество недостатков. Главный из них — сложность и дороговизна получения лития. Литий выделяется из расплава хлорида лития. Но месторождений этой соли на планете не слишком много. В природе металл существует в основном в виде литийалюмосиликатов (особый вид глины). Глину нагревают до 1000˚C, обрабатывают горячей серной кислотой — получается сульфат лития. Затем сульфат экстрагируют водой и добавляют соду — осаждается нерастворимый карбонат лития. В конце процесса добавляется раствор соляной кислоты, и на выходе получается хлорид лития, между прочим, весьма токсичное вещество.

Ученые давно искали способы заменить литий в батареях другим щелочным металлом — натрием. Его тоже получают из расплава хлорида, но месторождений поваренной соли на Земле — несчетное множество. К сожалению, до сих пор батареи на основе натрия не показывали хороших эксплуатационных характеристик. К примеру, натрий-серные аккумуляторы могут работать лишь при температуре свыше 65˚C. А натрий-ионные батареи обладают низкой емкостью и коротким ресурсом использования. Но теперь специалисты Аргоннской национальной лаборатории (США) в сотрудничестве с коллегами из Университета Чикаго представили новый вариант катодов с потенциалом 3 В для натрий-ионных батарей.

Они обеспечивают эффективную работу аккумуляторов при комнатной температуре, расчетная емкость составляет 250 мА·ч/г, плотность энергии — примерно 760 Вт·ч/кг, а мощность — 1 200 Вт/кг. Стоит отметить, что такие характеристики являются превосходными, даже по сравнению с литий-ионными аналогами. Кроме того, устройства способны выдерживать большое количество циклов перезарядки, проходящих на высокой скорости. Катоды представляют собой многослойные системы. Каждый слой — это двумерный лист оксида ванадия V₂O₅, наноструктуры которого создаются при помощи электрохимического осаждения. Интеркаляция (включение) молекул натрия между слоями оксида ванадия позволяет достигать высокой обратимой емкости.

Подробнее: ACS Nano, 2012, 6 (1), pp 530–538 (DOI: 10.1021/nn203869a).