Учёные предлагают использовать в аккумуляторах натрий-ванадиевый фосфат

Литий-ионные аккумуляторы используются во многих современных устройствах, от телефонов до электромобилей. При этом литий является довольно редким материалом, который трудно добывать. Кроме этого, на его поставки сильно влияют геополитические причины. Поэтому многие учёные работают над созданием альтернативных электрохимических систем. Так, недавно международная группа исследователей предложила новый тип материала для натрий ионных аккумуляторов. Они утверждают, что он может сделать этот тип аккумуляторных батарей более эффективным, а также повысить их энергетические характеристики и открыть путь к более устойчивому энергетическому будущему.

Новый материал представляет собой натрий-ванадиевой фосфат, формула которого NaxV2(PO₄)₃. Он положительно сказывается на производительности натрий ионных аккумуляторов. Это вещество увеличивает энергетическую плотность примерно на 15%. В натрий-ионных аккумуляторах со стандартным составом энергетическая плотность составляет 396 Вт·ч/кг, а натрий-ванадиевой фосфат увеличивает это значение до 458 Вт·ч/кг. Благодаря этому, натриевые аккумуляторы могут составить конкуренцию литий-ионным.

Специалисты лаборатории Canepa, использующие вычислительные методы и теоретические знания для открытия новых материалов, при сотрудничестве с учеными Лоренсом Крогеннек и Кристианом Маскелье провели теоретическое моделирование. Они создали прототип аккумулятора с использованием нового материала NaxV2(PO₄)₃. Эксперимент продемонстрировал существенные улучшения энергетической плотности. NaxV2(PO₄)₃ входит в группу под названием «Na-суперионные проводники» или NaSICON. Материал обеспечивает плавное перемещение ионов натрия в аккумулятор и из него в течение заряда и разряда.

В отличие от существующих на сегодняшний день материалов, NaxV2(PO₄)₃ имеет уникальный способ обработки натрия. Благодаря этому он работает, как однофазная система. Поэтому материал остаётся стабильным при поглощении или высвобождении ионов натрия. Как результат, NaSICON остаётся стабильным во время заряда и разряда, обеспечивая постоянное напряжение 3,7 в. Отметим, что в существующих ныне материалах – это напряжение составляет 3,37 В.

Вышеназванная разница кажется незначительной, но она существенно увеличивает энергетическую плотность аккумулятора, а также количество энергии, которое аккумулятор может хранить при своём весе. Ключом к эффективности, говорят учёные, является ванадий. Он может существовать в нескольких стабильных состояниях. Это позволяет удерживать и высвобождать больше энергии. Говоря в двух словах, натрий-ионный аккумулятор работают более эффективно, не ставя под угрозу стабильность электрода.

Исследователи говорят, что последствия их работы выходят за рамки натрий-ионных аккумуляторов. Метод синтеза, который используется для создания NaxV2(PO₄)₃, может быть использован с материалами, у которых похожий химический состав. Это открывает новые возможности для разработки передовых технологий в сфере хранения энергии. Всё это может приблизить появление доступных и стабильных аккумуляторов для питания любых устройств. Аккумуляторные батареи на основе такой электрохимической системы будут экономически эффективными и экологически чистыми.