Натриево-ионные батареи

В 2019 году Стэнли Уиттингем, Акира Йошино и Джон Гуденоу были удостоены Нобелевской премии по химии за работу над литий-ионными аккумуляторами. Литий-ионные батареи уже много лет используются в самых разных областях, от мобильных телефонов и ноутбуков до электромобилей, и произвели революцию в нашем обществе.

Будучи легкими, перезаряжаемыми и мощными, эти батареи, тем не менее, имеют ряд ограничений. Во-первых, они дороги в производстве. С другой стороны, сырье, из которого они изготавливаются, становится все более редким, а его добыча приводит к сильному загрязнению окружающей среды. Поскольку мир все больше обращается к возобновляемым источникам энергии, чтобы освободиться от ископаемого топлива, нам нужны дешевые, менее загрязняющие окружающую среду и столь же эффективные альтернативы.

Уже несколько лет исследователи изучают натриево-ионные батареи. Несмотря на различия в химическом составе, эти батареи работают как литий-ионные батареи, вырабатывая энергию за счет скачков ионов между парой электродов в жидком электролите.

Однако у ионов натрия есть некоторые проблемы, которых нет у ионов лития. Эти ионы имеют больший размер и имеют тенденцию накапливаться на поверхности отрицательно заряженного электрода, катода, что в конечном итоге разрушает батарею. Кроме того, эти батареи содержат не так много энергии, как литиевые батареи. Вот почему литиевые батареи все еще имеют преимущество, но надолго ли?

В последние годы исследователи предложили несколько перспективных решений этих проблем. Некоторые «добавляют дополнительную соль», чтобы батареи служили дольше, а другие включают тонкие слои меди, чтобы увеличить их производительность.

Первая натриево-ионная батарея коммерциализирована компанией CALT

Недавно китайский гигант CATL, который в настоящее время занимает около 30% рынка по данным Clubic, как говорят, преодолел эти проблемы, используя твердый, пористый углеродный материал для анода и модифицируя структуру другого материала, называемого берлинской лазурью, чтобы реорганизовать электроны.

Результат: эти новые структуры, как утверждается, имеют плотность энергии до 160 Вт-ч/кг. Это все еще далеко от плотности, которую предлагают литиевые батареи (до 285 Вт-ч/кг), но прогресс налицо. Цель разработки плотности энергии следующего поколения натриево-ионных батарей — превысить 200 Вт-ч/кг.

Кроме того, CALT утверждает, что ее натриево-ионные батареи могут заряжаться до 80% всего за 15 минут при комнатной температуре и сохранять 90% своей емкости при температуре -20°C. В связи с этим CATL утверждает, что ее новая натриевая батарея хорошо подходит для электрического транспорта, особенно в более холодных регионах. На ум приходят скандинавские страны, где электромобили уже хорошо распространены.

По данным компании CATL, которая поставляет батареи для Tesla, BMW и Hyundai, новая натриевая батарея может появиться на рынке уже в 2023 году.