Китайские исследователи из Юго-Восточного университета совместно с компанией HiNa Battery Technology и Янчжоуским университетом представили новую технологию натрий-металлических аккумуляторов, которая может решить сразу несколько ключевых проблем этого перспективного типа батарей. Разработанный ими квазитвердотельный электролит позволяет значительно ускорить зарядку, повысить ресурс и одновременно снизить риск коротких замыканий и возгораний.

Изображение сгенерировано Grok

Натриевые аккумуляторы давно рассматриваются как потенциальная альтернатива литий-ионным батареям. Натрий гораздо дешевле и распространен значительно шире, чем литий, однако такие системы до сих пор сталкивались с серьезными ограничениями. Одной из главных проблем остается образование так называемых дендритов — тонких металлических наростов, которые появляются при зарядке и со временем могут вызвать короткое замыкание внутри элемента.

Китайские ученые предложили новый состав электролита, в котором используются ионы олова и специальные борсодержащие соединения. Такая комбинация помогает ионам натрия перемещаться внутри батареи значительно быстрее и одновременно формирует защитные слои на обоих электродах.

На аноде образуется тонкий натрий-оловянный сплав, который заставляет металл осаждаться равномерно и препятствует росту дендритов. На катоде формируется прочная защитная пленка, предотвращающая разрушение электролита даже при высоких нагрузках и напряжениях.

По данным авторов работы, новая конструкция позволила увеличить эффективность переноса ионов натрия почти до теоретического предела. Это существенно ускорило процессы зарядки и разрядки аккумулятора.

Во время испытаний батареи показали весьма впечатляющие результаты. Лабораторные элементы смогли проработать более 6000 часов без признаков деградации и образования дендритов. В одном из тестов аккумулятор удалось зарядить примерно за четыре минуты, сохранив при этом высокую емкость. После 2000 циклов быстрой зарядки и разрядки батарея сохранила около 90% первоначальной емкости.

Исследователи также изготовили полноразмерные пакетные аккумуляторы, близкие по конструкции к тем, которые используются в электронике и электромобилях. Такие элементы продолжали работать даже после многократных сгибаний и деформаций, а во время демонстрации успешно питали обычный смартфон.

Еще одним важным преимуществом новой разработки называется совместимость с существующими производственными линиями. По словам авторов, технология не требует кардинальной перестройки заводов и может быть внедрена на действующих предприятиях по выпуску аккумуляторов. Кроме того, аналогичный подход потенциально можно использовать не только для натриевых, но и для литиевых и калиевых батарей.

Если технология подтвердит свои характеристики за пределами лаборатории, натрий-металлические аккумуляторы смогут стать серьезным конкурентом современным литий-ионным решениям в системах хранения энергии, электронике и электротранспорте.