Ученые Швейцарии разработали прототип натриевой твердотельной батареи

Химики швейцарского Исследовательского института Empa и Женевского университета разработали прототип твердотельной натриевой батареи, способной накапливать больше энергии, сохраняя при этом высокий уровень надежности и безопасности. Кроме того, она дешевле литиевой.

Для работы батареи нужны 3 компонента: анод, катод и электролит. Большинство современных аккумуляторов используют ионы лития. Когда батарея заряжается, они начинают двигаться от катода к аноду. Для того чтобы предотвратить образование дендритов — микроскопических кристаллических отростков, вызывающих короткое замыкание — аноды делают из графита, а не из лития, даже несмотря на то, что этот металл позволяет накапливать больше энергии.

Швейцарские ученые решили воспользоваться преимуществами твердого электролита, чтобы создать батарею повышенной мощности и безопасности. Кроме того, это решение позволяет изготовить анод из металла, не опасаясь формирования дендритов.

Однако, перед учеными стоял и проблема выбора твердого проводника ионов, который был бы нетоксичным, химически и термически стабильным и позволял бы натрию легко двигаться между анодом и катодом. Так было найдено вещество на основе бора, которое позволило ионам натрия свободно циркулировать. А поскольку оно является неорганическим проводником, исчезает риск возгорания.

Сложность возникла также при соединении трех слоев: анода из натрия, катода из оксида натрия и хрома и электролита из соединений на основе бора. Для этого пришлось растворить часть электролита до того, как добавить порошкообразный оксид натрия и хрома. Как только раствор испарился, исследователи соединили катод с электролитом и анодом, сформировав из них батарею.

Во время испытаний была подтверждена электрохимическая стабильность батареи: она выдержала напряжение в 3 вольта, которое обычно повреждает многие другие твердые электролиты. После 250 циклов заряда/разряда ее емкость снизилась до 85% от начального уровня.

«Перед тем как выходить с ней на рынок, нужно довести этот показатель до 1200 циклов, — говорят ученые. — Кроме того, ее еще нужно протестировать при комнатной температуре, чтобы подтвердить, образуются ли дендриты, если еще больше увеличить напряжение. Эти эксперименты еще впереди».

Прорыв в изготовлении натрий-ионных батарей совершили американские ученые. Они проанализировали процессы, которые происходят в батарее во время зарядки и разрядки, и обнаружили структуру, которая улучшает ее эффективность в 20 раз.