Высокая удельная емкость, 2500 циклов заряда и минимальный износ: металл из алюминиевых банок поможет создать дешёвые аккумуляторы для энергосистем
Китайские исследователи нашли способ повысить долговечность натрий-серных аккумуляторов с помощью алюминия — дешёвого и распространённого металла. Учёные изменили атомную структуру катализатора, благодаря чему смогли подавить один из главных механизмов деградации таких батарей.
Работу провела группа специалистов Китайской академии наук под руководством профессоров Ван Хуэя и Чжэн Фанцая из Лаборатории сильных магнитных полей в Хэфэе. Обычно отдельные атомы алюминия в составе катализатора окружены четырьмя атомами кислорода. Исследователи заменили один из них атомом азота, получив асимметричную структуру Al–O₃N.
Такая перестройка изменила распределение электронов вокруг атома алюминия и усилила взаимодействие катализатора с соединениями серы внутри аккумулятора. В результате удалось подавить перенос растворимых полисульфидов натрия между электродами. Этот процесс, известный как «эффект челночного переноса», приводит к потере активного материала и постепенному ухудшению характеристик батареи. Новый катализатор помогает удерживать полисульфиды в нужной зоне и одновременно ускоряет электрохимические реакции.
В лабораторных испытаниях натрий-серный аккумулятор с новым катализатором показал удельную ёмкость 1196 мА·ч/г после 100 циклов зарядки и разрядки. Даже после 2500 циклов потери производительности оставались небольшими: снижение составляло всего 0,017% за цикл. По заявлению исследователей, такая стабильность позволяет алюминиевому катализатору конкурировать с материалами на основе гораздо более дорогих металлов.
Натрий-серные аккумуляторы рассматриваются как потенциально недорогой вариант хранения энергии для крупных энергосистем. Натрий и сера доступны в больших количествах, однако быстрое ухудшение характеристик долго мешало практическому применению этой технологии. Новая разработка показывает, что повысить эффективность катализатора можно не только за счёт использования редких металлов, но и путём точного изменения окружения обычных атомов.
Пока речь идёт о лабораторных результатах: до серийного производства и применения таких аккумуляторов в крупных системах хранения энергии технологию ещё предстоит проверить.
