Учёные разработали новый материал для анодов натрий-ионных аккумуляторов, который может решить одну из главных проблем этой технологии — 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 емкость 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 всего 0,4 нм. Это улучшило электропроводность материала и одновременно защитило его от разрушения. Для сравнения: обычные нанолисты без такого покрытия разрушились уже после 400 циклов.
Защитная оболочка решает сразу две проблемы. Она помогает быстрее переносить электроны и удерживает нанолисты вместе, не позволяя им растрескиваться при интенсивной зарядке. Кроме того, покрытие ограничивает контакт материала с электролитом, замедляя образование защитной плёнки, которая постепенно расходует запас натрия и ухудшает характеристики аккумулятора.
Исследователи также собрали полноценный лабораторный аккумулятор с катодом из фосфата ванадия-натрия. Он выдержал более 170 циклов при высокой нагрузке. При этом электроды сохранили работоспособность даже при увеличенной массовой нагрузке — параметре, который часто становится слабым местом лабораторных разработок.
Однако до применения технологии в серийных аккумуляторах ещё далеко. Испытания проводились на небольших лабораторных элементах, а новый анод работает при более высоком среднем напряжении, чем традиционный твёрдый углерод. Это может снизить общую энергоёмкость батареи. Поэтому материалу ещё предстоит пройти испытания в полноценных аккумуляторах, приближенных к тем, что используются в электромобилях.
Тем не менее разработка может сделать натрий-ионные батареи привлекательнее для транспорта и систем хранения энергии. Если удастся подтвердить результаты в более крупных элементах, они смогут сочетать быструю зарядку с длительным сроком службы — двумя характеристиками, которые пока сложно совместить.
