Исследователи из Токийского университета науки сделали еще один шаг на пути вывода на рынок натриево-ионных аккумуляторов следующего поколения. Они смогли достичь более высокой плотности хранения энергии в натриево-ионных батареях, чем в литий-ионных батареях.
На сегодняшний день литий-ионные батареи получили наиболее широкое распространение среди аккумуляторных батарей. Они обладают высокой плотностью хранения энергии, но не могут похвастаться показателями долговечности или стабильности. Они также имеют конкурентоспособную цену и поддерживают быструю зарядку. Но литий и другие входящие в их состав материалы, такие как кобальт и медь, являются относительно редкими, а потому постоянно растущий спрос на них может привести к проблемам со снабжением.
Натрий – это шестой по распространённости на Земле элемент. Его запасы практически неограниченны. Потому натриево-ионные батареи могут стать более доступной альтернативой. Но имеются некоторые проблемы с их коммерческой жизнеспособностью. И, судя по всему, исследователи смогли решить данную проблему. Они нашли энергоэффективный метод производства нового углеродного материала для натриево-ионных батарей с очень высокой ёмкостью хранения натрия. Исследование было сосредоточено на синтезе твёрдого углерода, высокопористого материала, который служит отрицательным электродом перезаряжаемых батарей, путём использования оксида магния (MgO) в качестве неорганической матрицы наноразмерных пор внутри твёрдого углерода.
«После многочисленных экспериментальных и теоретических анализов исследователи выяснили оптимальные условия и ингредиенты для производства твёрдого углерода с ёмкостью 478 мАч/г, что является самым высоким показателем для этого типа материала», — говорится в сообщении Tokyo University of Science.
Ёмкость этого недавно разработанного твёрдого углеродного электродного материала превосходит ёмкость графита (372 мАч/г), который в настоящее время используется в качестве материала для отрицательного электрода в литий-ионных батареях. При этом графит не работает в натриево-ионных батареях.
Несмотря на то, что натриево-ионная батарея с таким отрицательным электродом из твёрдого углерода теоретически будет работать при разнице напряжений на 0,3 В меньше, чем стандартная литий-ионная батарея, её более высокая ёмкость обеспечит гораздо большую плотность хранения энергии (1600 Втч/кг против 1430 Втч/кг), что даёт увеличение плотности энергии на 19%.
Однако потребуются дальнейшие исследования, чтобы убедиться, что предлагаемый материал действительно обеспечивает длительный срок службы, характеристики ввода-вывода и работу при низких температурах в натриево-ионных батареях.
