Натрий-ионные гибридные батареи смогут заряжать электромобили за секунды

Фото из открытых источников

Литий-ионные аккумуляторы имеют первостепенное значение для мобильных устройств и возобновляемых источников энергии с начала 2000-х годов. Однако литий-ионная технология имеет свои ограничения и недостатки, такие как логистические узкие места из-за зависимости от редких металлов, таких как кобальт и никель. С другой стороны, натрий-ионные аккумуляторы — восходящая звезда в области технологий хранения энергии — не основаны на редких элементах. Самого натрия в 500 раз больше, чем лития. В конце концов, это одна часть поваренной соли.

Теперь исследователи представили новый тип гибридной натрий-ионной батареи, в которой используются катоды из суперконденсаторов — электрохимических систем хранения энергии с большой плотностью мощности и чрезвычайно быстрым временем заряда-разряда. Результаты опубликованы в журнале Energy Storage Materials.

Новая система, разработанная в Корейском институте передовых наук и технологий (KAIST), не только быстро заряжается, но также более доступна и безопасна, чем литий-ионные батареи, которые в настоящее время распространены в бытовой электронике и электромобилях.

По словам исследователей, во время демонстрации прототип этой гибридной натрий-ионной батареи в форме монеты заряжался «за секунды». Это может изменить правила игры, особенно на рынке электромобилей, где беспокойство по поводу запаса хода препятствует внедрению.

Традиционно натрий-ионные аккумуляторы сталкиваются с серьезными ограничениями. У них была более низкая выходная мощность, ограниченные возможности хранения и более длительное время зарядки. Некоторые из этих ограничений теперь решены путем объединения анодных материалов, используемых в традиционных батареях, с катодами, используемыми в суперконденсаторах.

Однако это было не так просто, как смешивание и сопоставление некоторых материалов. Обычно низкая скорость накопления энергии анодов аккумуляторного типа требует увеличения. То же самое касается и относительно низкой емкости катодных материалов.

Инновация заключается в синтезе компонентов батареи. Команда, возглавляемая профессором Юнг Ку Кангом из Департамента материаловедения и инженерии, использовала две разные металлоорганические структуры для создания оптимизированных анодных и катодных материалов, которые устраняют прежнюю неэффективность в скорости накопления энергии.

Полученный элемент превосходит по плотности энергии современные коммерческие литий-ионные батареи, сохраняя при этом характерную плотность мощности суперконденсаторов, то есть чрезвычайно быструю зарядку. 

Ожидается, что это усовершенствованное устройство хранения энергии будет иметь широкое применение, в частности, в электромобилях и различных интеллектуальных электронных устройствах. Благодаря плотности энергии 247 Втч/кг и плотности мощности 34 748 Вт/кг эта разработка не только обеспечивает жизнеспособную альтернативу литий-ионным батареям, но и позиционирует натрий-ионную технологию как лидера в гонке за более эффективные и высокопроизводительные аккумуляторы. -эффективные энергетические решения.

Натрий-ионные аккумуляторы в целом развиваются быстрыми темпами. Так, недавно компания Natron Energy Inc. обнародовала планы строительства первого в США крупномасштабного завода по производству натрий-ионных аккумуляторов. Завод будет построен недалеко от западного побережья Мичигана. BloombergNEF прогнозирует, что к 2030 году натрий-ионные батареи будут составлять 12% рынка стационарных накопителей энергии.

 В другом месте, в Японии, исследователи из столичного университета Осаки разработали новый метод производства твердотельных натрий-ионных батарей. Команда создала твердый сульфидный электролит с самой высокой в мире проводимостью ионов натрия — примерно в 10 раз выше, чем требуется для практического использования.