Учёные из США совершили значительный прорыв в технологии аккумуляторов, разработав оловянный анод, который позволяет натрий-ионным батареям превзойти по плотности энергии коммерческие литий-железо-фосфатные элементы.
Исследователи из Калифорнийского университета в Сан-Диего и компании Unigrid Battery достигли выдающейся плотности энергии благодаря новой простой, но мощной конструкции. Полностью собранные ячейки в мягкой упаковке демонстрируют рекордные показатели в 178 ватт-часов на килограмм и 417 ватт-часов на литр.
Натрий-ионные батареи долгое время считались перспективной альтернативой литий-ионным, поскольку натрий является распространённым, недорогим и доступным материалом, что делает его устойчивым выбором для крупномасштабного хранения энергии. Однако главным сдерживающим фактором развития этой технологии оставалась ограниченная плотность энергии, во многом обусловленная использованием традиционных анодов из твёрдого углерода.
Для преодоления этого ограничения исследователи обратились к олову — металлу, способному образовывать высокоёмкие сплавы с натрием и хранить почти в три раза больше заряда. На практике оловянные аноды сталкивались с серьёзными проблемами, такими как большое объёмное расширение и плохая совместимость с электролитом, что приводило к быстрой деградации. Однако учёные выяснили, что для достижения стабильной работы потребовалась минимальная модификация: они использовали электрод из почти чистого олова, который создаёт высокопроводящую и механически стабильную структуру.
Новый оловянный анод продемонстрировал исключительную стабильность в паре с катодом из натрий-хромового оксида. Пакетные ячейки сохранили около 90% своей ёмкости после 100 циклов зарядки-разрядки, при этом было зафиксировано минимальное рост сопротивления. Микроскопические исследования показали, что в процессе циклов олово реорганизуется в более однородную и взаимосвязанную структуру, способствующую равномерному распределению натрия и подавлению деградации.
Учёные уверены, что оловянные аноды могут вывести натрий-ионные батареи на уровень конкуренции с ведущими современными технологиями. Это открытие может найти применение в таких областях, как накопление энергии, интеграция возобновляемых источников и электрическая мобильность.