Учёные из Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории, являющейся одной из шестнадцати национальных лабораторий Министерства энергетики США, представили новый тип электролита для натрий-ионных аккумуляторов. Разработка призвана сделать такие батареи существенно стабильнее и долговечнее при эксплуатации под высоким напряжением.
Изображение: PNNL
Натрий-ионные батареи рассматриваются экспертами в качестве ключевой альтернативы литий-ионным аналогам. Сам натрий обладает большей доступностью, дешевизной и схожими с литием химическими характеристиками. Данные особенности делают технологию перспективной для создания экономичных электромобилей и крупных систем накопления энергии.
Тем не менее, натрий-ионные устройства сталкиваются со значительным технологическим препятствием: в условиях высокого напряжения электролит ускоренно разрушается. Это вызывает деградацию аккумулятора, падение емкости и сокращение общего цикла работы.
Новый подход специалистов из PNNL нацелен на преодоление этого ограничения. Исследовательская группа разработала электролит с эффектом «ослабленной сольватации», в рамках которого ионы натрия устанавливают более устойчивую связь с химическим окружением и эффективнее функционируют на границах электродов.
В качестве замены традиционным разбавителям ученые применили соединение Трис (2,2,2-трифторэтил)фосфат, известное как TFP. Подобный метод помог поддержать около ионов натрия насыщенную анионами среду, что повысило стабильность контактной зоны между электродами и электролитом.
Лабораторные тесты показали, что опытные аккумуляторные элементы с новым типом электролита удерживают около 80% изначальной емкости после прохождения 500 циклов заряда и разряда при температуре 30 °C. Для сравнения, стандартные натрий-ионные батареи демонстрируют аналогичный уровень износа уже через 100–300 циклов. Дополнительные измерения выделили уменьшение токовых утечек и улучшение взаимодействия с катодными материалами.
По мнению авторов проекта, предложенный химический состав ускоряет процесс высвобождения ионов натрия с поверхности электродов и уменьшает сопротивление при переносе зарядов внутри аккумулятора. Такие изменения сокращают необратимые потери активных компонентов и увеличивают срок эксплуатации батареи.
Авторы исследования убеждены, что подобные инженерные решения приблизят массовый выпуск доступных и надежных натрий-ионных источников питания, востребованных в электротранспорте, стационарных накопителях и энергетических сетях.
