В лаборатории процессов в химических источниках тока ИФХЭ РАН разработали две новые электрохимические системы для натрий-ионных аккумуляторов: первая с положительным электродом на основе ферроманганофосфата натрия и отрицательным электродом на основе наностержня из фосфида германия-кобальта, вторая — с положительным электродом на основе ванадофосфата натрия, легированного железом, и отрицательным электродом на основе того же наностержня.
Ранее в лаборатории за счет применения совершенно новых функциональных материалов ‒ нановолокон германия и наностержней фосфида германия — были созданы литий-ионные аккумуляторы с повышенной емкостью и сохраняющие работоспособность при экстремально низких температурах. Несмотря на достоинства литий-ионных аккумуляторов, в последние два десятилетия во всем мире интенсивно ведутся разработки устройств так называемой «пост-литий-ионной эпохи», главным представителем которой является натрий-ионный аккумулятор.
Широкомасштабное производство натрий-ионных аккумуляторов только-только зарождается, но в ИФХЭ РАН уже задумались о новых электрохимических системах для таких аккумуляторов. При этом учитывается опыт, накопленный при разработках литиевых систем. Оказалось, что фосфид германия способен так же внедрять натрий, как и литий.
Исследователи установили, что для внедрения натрия больше подходит не простой фосфид германия, а фосфид германия-кобальта, который можно получать по сходной технологии электролизом водного раствора. Наностержни из фосфида германия-кобальта имеют емкость по внедрению натрия 425 мАч/г, что почти в полтора раза превышает емкость используемого сейчас твердого углерода. В качестве активных материалов положительного электрода были выбраны ванадофосфат натрия, допированный железом и ферроманганофосфат натрия, причем электрохимические характеристики первого материала оказались несколько лучше.
Лабораторные макеты, собранные по новым электрохимическим системам, показали хорошую циклическую стабильность и имели удельную энергию 165‒170 Втч/кг, что превышает удельную энергию обычных натрий-ионных аккумуляторов с отрицательным электродом из твердого углерода. Работа признана одной из наиболее интересных работ секции «Электрохимия» ИФХЭ РАН в 2023 году. Исследование поддержано Российским научным фондом.