Исследователи разработали новый электролит для натриевых аккумуляторов

Группа ученых из Женевского университета (UNIGE) занималась решением проблемы натриевых аккумуляторов, которая заключается в том, что ионы натрия плохо перемещаются в стандартных жидких электролитах. Это значительно уменьшает эффективность натриевых аккумуляторов по сравнению с литий-ионными. Решение заключается в разработке подходящего твёрдого электролита. Исследователи говорят, что натрий значительно больше распространён на планете, чем литий. К тому же, он добывается с меньшим воздействием на окружающую среду.

Изображение: unige.ch

В последнее время всё чаще слышатся заявления о том, что альтернативой литий-ионным аккумуляторам являются именно натриевые батареи. Натрий дешевле лития и широко распространён на планете. Кроме того, значительно легче организовать его переработку и утилизацию. Но пока технология натриевых аккумуляторов развита недостаточно для внедрения их в коммерческое использование, говорит научный сотрудник лаборатории кристаллографии факультета естественных наук UNIGE, Фабрицио Мурджиа. Он также отмечает, что при производстве натриевых аккумуляторов потребуется промышленная технология, которая отлична от той, что используется для производства литиевых батарей. Поэтому компании, выпускающие аккумуляторы, неохотно осваивают незнакомую технологию.
 

Карбогидридоборат натрия – один из наиболее эффективных на сегодняшний день

Ионы натрия хуже перемещаются в жидком электролите, поскольку они тяжелее лития. По мнению учёных, решение этой проблемы состоит в разработке твердого электролита, который, помимо прочего, является негорючим. Все разработанные до этого момента электролиты для натриевых аккумуляторов, состоящие из гидроборатов (бора и водорода), не смогли показать производительность, близкую к современным литий-ионным батареям. Однако специалистам кристаллографической лаборатории UNIGE под руководством профессора Радована Черни удалось продвинуться в этом направлении. Для этого они провели два исследования.

В результате первого исследования специалисты смогли разработать эффективный материал – карбогидридоборат натрия (NaCB₁₁H₁₂). Радован Черны сказал, что этот материал уже используется в сфере ядерной медицины. Учёные изменили структуру кристаллов (пространственное расположение атомов), чтобы сделать материал токопроводящим. В результате они получили твёрдый электролит, который позволяет эффективно транспортировать ионы натрия. Чтобы обеспечить необходимый результат, исследователи при приготовлении электролита подвергли компаунд сильным ударам. Это обеспечило высокие температуры внутри шаровой мельницы. Аналогичная технология широко используется в цементной промышленности.
 

Новый материал легко производить

Второе исследование, которое привели учёные, состояло в реальных испытаниях полученного материала. Чтобы аккумулятор работал, электролит должен находиться в тесном контакте с положительным и отрицательным электродом. Это значит, что он должен быть надёжно закреплён внутри. Один из авторов исследования, Маттео Бриги, сказал, что для закрепления требуется приложить определённое давление с помощью пружин или винтов. В ходе эксперимента они смогли подобрать идеальные усилия прижима, с помощью которого нужно воздействовать на твердый электролит. Это значение составляет около 400 атмосфер и его исследователи смогли добиться его с помощью нескольких оборотов винта.

По мнению Фабрицио Мурджиа, результаты проведённых исследований открывают путь для существенного упрощения производственной технологии выпуска натриевых аккумуляторов. Особенно это касается тех моделей, которые предназначены для автомобильной промышленности. Что касается рентабельности производства, то точных оценок пока нет. Учёные планируют провести расчёты рентабельности, чтобы сделать разработанный материал интересным для промышленности.