Учёные создали анод, заряжающий натрий-ионную батарею за 30 секунд
Учёные разработали новый материал для анодов натрий-ионных аккумуляторов, который устраняет противоречие между скоростью зарядки и сроком службы. В лабораторных испытаниях он выдержал 10 000 циклов при зарядке за шесть минут, сохранив ёмкость 131 мА·ч/г. Даже при зарядке примерно за 30 секунд ёмкость снизилась минимально — до 121 мА·ч/г.
Анод изготовили из нанолистов диоксида титана толщиной около 10 нм, собранных в полые сферы с двойной оболочкой. Каждый лист покрыли сверхтонким слоем углерода с графеноподобной структурой толщиной 0,4 нм — это улучшило электропроводность и защитило материал от разрушения. Обычные нанолисты без покрытия разрушились уже после 400 циклов.
Оболочка помогает быстрее переносить электроны и удерживает нанолисты вместе, не давая им растрескиваться при интенсивной зарядке. Кроме того, покрытие ограничивает контакт с электролитом и замедляет образование плёнки, которая расходует запас натрия и ухудшает характеристики аккумулятора.
Исследователи собрали лабораторный аккумулятор с катодом из фосфата ванадия-натрия: он выдержал более 170 циклов при высокой нагрузке, а электроды сохранили работоспособность при увеличенной массовой нагрузке. До серийного применения технологии ещё далеко: испытания шли на небольших элементах, а новый анод работает при более высоком среднем напряжении, чем традиционный твёрдый углерод, что может снизить общую энергоёмкость батареи.
Разработка может сделать натрий-ионные батареи привлекательнее для транспорта и систем хранения энергии. Если результаты подтвердятся в более крупных элементах, они смогут сочетать быструю зарядку с длительным сроком службы — двумя характеристиками, которые пока сложно совместить.