Корейский натриевый аккумулятор наконец-то превзошёл царящие на рынке литий-ионные батареи

На натрий учёные в последнее время поглядывают всё умильнее. Натрия в природе в 500 раз больше, чем лития, и у него есть потенциал заменить литий в заряжаемых батареях благодаря технологиям создания натрий-ионных аккумуляторов.


Однако уже существующие натриево-ионные аккумуляторы пока проигрывают литиевым: у них ниже выходная мощность, есть ограничения при хранении и заряжать их приходится гораздо дольше. В общем, если натриевые батареи и придут на замену литиевым, для них предварительно потребуется разработать материалы с достойными свойствами.

Проблему попытались решить в Корейском передовом институте науки и технологий (KAIST). Группа под руководством профессора Чжон Ку Кана разработала высокоэнергетический гибридный натриево-ионный аккумулятор высокой мощности, к тому же быстро заряжающийся.

Инновационная гибридная система накопления энергии объединяет анодные материалы, обычно используемые в батареях, с катодами, подходящими для суперконденсаторов. Суперконденсатор (также называется ионистор, ультраконденсатор, двухслойный электрохимический конденсатор) — это разновидность источника питания, который представляет собой электрохимический элемент, состоящий из двух электродов и расположенного между ними электролита. Принцип работы суперконденсатора заключается в кратковременном сохранении энергии в электролите: энергия накапливается во время зарядки за счёт поляризации заряженных частиц электролита.

Комбинация из анодных материалов и суперконденсаторов позволяет устройству достигать как высокой ёмкости, так и быстрой скорости заряда. Свою находку южнокорейские учёные представляют как будущую жизнеспособную альтернативу литий-ионным аккумуляторам.

Однако разработка гибридного аккумулятора с большой ёмкостью и высокой плотностью мощности требует улучшения двух характеристик. Первая проблема — низкая скорость накопления энергии анодами аккумуляторного типа. Вторая — необходимость повысить относительно небольшую ёмкость катодных материалов суперконденсаторного типа.

Чтобы улучшить показатели, учёные использовали две различные металлорганические структуры в попытке оптимизировать гибридные аккумуляторы. С этим подходом удалось разработать улучшенный анодный материал — за счёт включения тонкодисперсных (мельчайшего «помола») активных материалов в пористый углерод.

Кроме того, исследователи синтезировали катодный материал высокой ёмкости. А комбинация катодного и анодного материалов позволила разработать систему накопления ионов натрия с улучшенными характеристиками.

Собранный в итоге элемент питания со специально разработанными анодом и катодом представляет собой высокопроизводительное гибридное устройство накопления энергии на основе ионов натрия. По плотности энергии оно превосходит доступные на рынке литий-ионные аккумуляторы. А что касается плотности мощности — обладает характеристиками суперконденсаторов.

Профессор Кан уточнил, что гибридное натрий-ионное накопительное устройство энергии способно к быстрой зарядке и достигает в 247 Втч / кг плотности энергии и удельной мощности 34 748 Вт / кг. Проще говоря, новинка представляет собой прорыв на фоне прежних попыток создать конкурентный натрий-ионные аккумулятор.

Ожидается, что южнокорейская разработка подойдёт для быстрой зарядки самых разных устройств — от гаджетов и электромобилей до аэрокосмических технологий.