Исследователи Университета Хьюстона (США) представили технологию твердотельных натрий-серных батарей, способных работать при температуре окружающей среды в качестве новой альтернативы привычным аккумуляторам на основе лития. Об этом сообщает портал TechXplore. Перевод основных положений публикации представлен изданием discover24.ru.
Литий-ионные батареи в настоящее время являются предпочтительной технологией для питания электромобилей, но они слишком дороги для долговременных систем хранения энергии в масштабе сети, а сам литий становится все более дорогим и дефицитным. Цены на карбонат лития находятся на рекордно высоком уровне.
Росту стоимости способствуют узкие места в цепочках поставок, связанные с пандемией, а также повышенный спрос со стороны бизнеса. Кроме того, многие правительства не решаются дать зеленый свет новым литиевым рудникам из-за высоких экологических издержек и потенциальных обвинений в «нарушениях прав человека».
Новое исследование, проведенное в Университете Хьюстона (UH) и опубликованное в Nature Communications, предлагает технологию твердотельных натрий-серных батарей, действующих при температуре окружающей среды в качестве жизнеспособной альтернативы аккумуляторам на основе лития для сетевых систем накопления энергии.
Профессор электротехники и вычислительной техники Ян Яо и его коллеги из UH, а также из университетов Райса, Пердью, штата Айова и Калифорнийского университет в Ирвине разработали однородный стеклообразный электролит, который позволяет осуществлять обратимое натриевое покрытие при большей плотности тока, чем это было возможно ранее.
«Электролит для полностью твердых натриевых батарей должен одновременно быть дешевым, простым в изготовлении и иметь высочайшую механическую и химическую стабильность. На сегодняшний день ни один ранее созданный твердый натриевый электролит не способен удовлетворить все четыре требования одновременно», – отметил Яо, который также является главным исследователем Техасского центра сверхпроводимости в Университете Хьюстона.
Исследователи смогли обнаружить новую форму электролита – из оксисульфидного стекла, которая оказалась способна удовлетворить все вышеназванные требования одновременно. Для создания электролитов, действующих при комнатной температуре, ученые использовали высокоэнергетический процесс «шаровой мельницы».
«Оксисульфидное стекло имеет отчетливую микроструктуру, в результате чего получается полностью однородная структура стекла. На границе раздела между металлическим натрием и электролитом твердый электролит образует самопассивирующуюся межфазную границу, которая необходима для обратимого покрытия и удаления натрия», – пояснил Йе Чжан, научный сотрудник группы Яо.
Добиться стабильного покрытия и удаления металлического натрия с использованием только лишь сульфидного электролита считалось затруднительным. По словам Яо, новое исследование опровергло это представление, установив не только самую высокую критическую плотность тока среди всех твердых электролитов на основе сульфидов, проводящих ионы натрия, но и позволив создать высокоэффективные натрий-серные батареи, работающие при температуре окружающей среды.
«Новые стратегии структурного и композиционного проектирования представляют собой новую парадигму в разработке безопасных, недорогих, энергоемких и долговечных твердотельных натриевых батарей, которые могут стать жизнеспособной альтернативой литиевым аккумуляторам», – добавил Чжан.