Специалисты провели исследование пор сепаратора для натриевых аккумулятора

Исследование аккумуляторных сепараторов проводилось под руководством доцента кафедры энергетики, окружающей среды и химической инженерии МакКелви Вашингтонского университета в Сент-Луисе, Пэн Бая. Учёным удалось выявить формулу для создания совершенно стабильного натриевого электрода. Результаты исследования были опубликованы ещё в прошлом месяце в журнале Advanced Energy Materials.

Бай говорит, что гарантировать абсолютную безопасность аккумулятора во время быстрой зарядки до сих пор было нельзя. Вместе с научным сотрудником Бингюань Ма они попытались определить, почему. Они обратили на внимание на такой компонент аккумулятора, как сепаратор. Ранее он редко учитывался в лабораторных экспериментах. Учёным удалось установить, что можно добиться полной безопасности аккумулятора при быстрой зарядке, если подобрать соответствующий сепаратор.

Когда исследователи наблюдают за изменениями металлических анодов в режиме реального времени при быстрой зарядке аккумулятора, это делается с помощью лабораторной установки. А в ней отсутствует сепаратор между разноименными электродами, являющийся важной частью любого аккумулятора. В большинстве случаев это пористый материал, отделяющий анод от катода. Как удалось установить исследователям, сепаратор играет огромную роль в безопасности аккумулятора независимо от стабильности его электродов.

Бай сказал, что в результате исследования им удалось обнаружить зависимость безопасности аккумулятора от размера пор материала сепаратора. Пористым сепаратор делают для того, чтобы обеспечить движение ионов металла через электролит. Некоторые могут иметь крупные поры, другие более мелкие. Как говорят учёные, чем меньше размер пор, тем меньше вероятность локализованного отбора пор растущими отложениями металла.

Это значит, что по мере продвижения ионов металла от электрода сепаратора они могут проникнуть под меньшее количество мест, если размер пор небольшой. Вместо равномерного распределения большая часть тока попадает в некоторые естественные выбранные места. В результате это может привести к короткому замыканию аккумулятора.

Бай и Ма разработали математическую модель, которая называется перенапряжением Юнга-Лапласа. С её помощью можно отразить динамику внутри реальной аккумуляторной батареи. Это помогает лаборатории разрабатывать более стабильные и безопасные металлические аккумуляторы без анодов. Как говорит Бай, они уже нашли физический порог для идеальных случаев. Однако практический порог намного ниже и зависит от микроструктуры сепаратора, точно соответствующей разработанной ими математической модели.

Результаты проведённого исследования можно посмотреть в этой статье.