Исследователи разработали новый тип материала, который может сделать натриевые батареи более эффективными.
Разработанный международной группой междисциплинарных исследователей, включая исследовательскую лабораторию Canepa в Университете Хьюстона, материал может повысить энергетическую эффективность натриевых батарей, прокладывая путь к более устойчивому и доступному энергетическому будущему.
Исследователи подчеркнули, что новый материал, натрий-ванадиевый фосфат с химической формулой NaxV2(PO4)3, улучшает производительность натрий-ионных батарей за счет увеличения плотности энергии — количества энергии, запасенной на килограмм — более чем на 15%.
Более высокая плотность энергии
Благодаря более высокой плотности энергии в 458 ватт-часов на килограмм (Вт·ч/кг) по сравнению с 396 Вт·ч/кг в старых натрий-ионных аккумуляторах этот материал приближает натриевую технологию к конкуренции с литий-ионными аккумуляторами.
Пьеремануэле Канепа, доцент кафедры электротехники и вычислительной техники имени Роберта Уэлча в Хьюстонском университете и ведущий научный сотрудник лаборатории Канепы, заявил, что натрий почти в 50 раз дешевле лития и его можно добывать даже из морской воды, что делает его гораздо более устойчивым вариантом для крупномасштабного хранения энергии .
«Натрий-ионные аккумуляторы могут быть дешевле и проще в производстве, что поможет снизить зависимость от лития и сделает технологию производства аккумуляторов более доступной во всем мире».
Прототип аккумулятора
Исследователи также создали прототип батареи с использованием нового материала NaxV2(PO4)3, демонстрирующего значительные улучшения в хранении энергии. NaxV2(PO4)3, часть группы, называемой «Na суперионные проводники» или NaSICONs, разработана для того, чтобы ионы натрия могли плавно перемещаться в батарею и из неё во время зарядки и разрядки, согласно пресс-релизу.
Материал имеет уникальный способ обработки натрия, что позволяет ему работать как однофазная система. Это означает, что он остается стабильным при высвобождении или поглощении ионов натрия. Это позволяет NaSICON оставаться стабильным во время зарядки и разрядки, обеспечивая при этом постоянное напряжение 3,7 вольта по сравнению с металлическим натрием, что выше 3,37 вольта в существующих материалах, по словам исследователей.
Исследователи также утверждают, что хотя эта разница может показаться незначительной, она значительно увеличивает плотность энергии батареи или то, сколько энергии она может хранить для своего веса. Ключом к ее эффективности является ванадий, который может существовать в нескольких стабильных состояниях, что позволяет ей удерживать и высвобождать больше энергии.
«Непрерывное изменение напряжения является ключевой особенностью. Это означает, что батарея может работать более эффективно, не ставя под угрозу стабильность электродов. Это меняет правила игры для натрий-ионной технологии», — сказал Канепа.
Исследователи утверждают, что последствия этой работы выходят за рамки натрий-ионных аккумуляторов. Метод синтеза, использованный для создания NaxV2(PO4)3, может быть применен к другим материалам с похожей химией, открывая новые возможности для передовых технологий хранения энергии. Это, в свою очередь, может повлиять на все: от более доступных и устойчивых аккумуляторов до питания наших устройств, чтобы помочь нам перейти к более чистой энергетической экономике, согласно пресс-релизу.
Канепа заявил, что цель исследователей — найти чистые, устойчивые решения для хранения энергии. Он подчеркнул, что этот материал показывает, что натрий-ионные батареи могут удовлетворять высоким энергетическим требованиям современных технологий, будучи при этом экономически эффективными и экологически чистыми.
Прочитайте что такое взгляд в будущее