Усовершенствованные прототипы натрий-ионных аккумуляторов приближаются к показателю в 200 Вт·ч/кг

На сайте инверторы купить аккумулятор Challenger G12-100H

Международная группа ученых проанализировала последние достижения в области натрий-ионных аккумуляторных компонентов, подчеркнув их потенциал как более дешевой и экологичной альтернативы литий-ионным аккумуляторам. Исследователи выявили ключевые проблемы, в том числе более низкую удельную энергоемкость, меньший срок службы и производственные ограничения, а также отметили, что для будущей коммерциализации важны достижения в области материалов и электролитов.

Международная группа ученых провела обзор литературы, посвященный последним достижениям и перспективам развития ключевых компонентов натрий-ионных аккумуляторов (НИА).

Натрий-ионные аккумуляторы накапливают и высвобождают энергию за счет перемещения ионов натрия между катодом и анодом через электролит во время зарядки и разрядки. Они считаются привлекательной альтернативой литий-ионным аккумуляторам (ЛИА), поскольку натрий широко распространен и его запасы более равномерно распределены по миру.

«Растущая потребность в доступных и экологичных решениях для хранения энергии в важных отраслях конечного потребления, включая автомобилестроение, промышленность и хранение энергии, способствует активному росту мирового рынка натрий-ионных аккумуляторов», — рассказал автор исследования Абабай Кетема Ворку.

«Твердотельные накопители все еще находятся на ранней стадии развития, хотя коммерческие устройства первого поколения от таких компаний, как Contemporary Amperex Technology, Faradion и TIAMAT, уже вышли на рынок накопителей энергии и ориентированы на маломобильные и стационарные устройства, — добавил он. — Несмотря на их долгосрочную эффективность, экономические и экологические преимущества, твердотельные накопители пока не получили широкого распространения во всем мире, и ожидается, что в течение следующих 10 лет рынок значительно вырастет».

Среди факторов, препятствующих более широкому внедрению твердотельных накопителей, Ворку назвал более низкую удельную энергоемкость и меньший срок службы по сравнению с литий-ионными аккумуляторами. Эти ограничения во многом связаны с большим ионным радиусом натрия, который создает большее механическое напряжение в электродных материалах и может ускорять их разрушение.

К другим проблемам относятся более высокий уровень саморазряда, недостаточно развитые цепочки поставок материалов для аккумуляторов и неэффективность производственных процессов, включая приготовление суспензии, сушку электродов и сборку элементов.

«Несмотря на то, что SIB обладают лучшей термической стабильностью и совместимы с существующей инфраструктурой LIB, для обеспечения безопасности на уровне батарей необходимы сложные системы управления и методы прогнозного моделирования, такие как вычислительная гидродинамика, дифференциальная сканирующая калориметрия и термогравиметрический анализ», — сказал Ворку.

В обзоре рассматриваются пять основных классов SIB-анодов: на основе сплавов, интеркалированных материалов, материалов на основе конверсионных реакций, органических материалов и материалов на основе MXенов. Исследователи обнаружили, что аноды на основе углерода, сплавов и органических материалов обладают высокой стабильностью при циклировании и способностью накапливать натрий, в то время как материалы конверсионного типа обладают высокой теоретической емкостью.

Однако широкое внедрение этих материалов по-прежнему сдерживается такими проблемами, как большие изменения объема при циклировании, низкая электропроводность, нестабильность границ раздела и структурная деградация. Эти проблемы стимулируют дальнейшие исследования в области разработки новых материалов и наноструктурирования.

Исследователи пришли к выводу, что дальнейший прогресс будет зависеть от разработки более стабильных катодных и анодных материалов, более безопасных и проводящих электролитов, а также сепараторов с улучшенной термической и химической стабильностью. Они также подчеркнули, что усовершенствование всех компонентов батареи, включая электроды, электролиты, связующие вещества, токосъемники, проводящие добавки и растворители, будет иметь решающее значение для ускорения коммерциализации и повышения конкурентоспособности твердотельных аккумуляторов по сравнению с литий-ионными.

«В настоящее время удельная энергоемкость твердооксидных топливных элементов составляет от 100 до 160 Вт·ч/кг, а у некоторых усовершенствованных прототипов приближается к 200 Вт·ч/кг, — сказал Ворку. — Эти достижения стали возможны благодаря усовершенствованным составам электролитов, повышающим ионную проводимость и электрохимическую стабильность, а также разработкам в области электродных материалов».

По словам Ворку, хранение энергии — одна из нескольких областей, в которых твердооксидные топливные элементы находят новое применение.

«Они идеально подходят для балансировки нагрузки, электромобилей (EV), интеграции возобновляемых источников энергии и крупномасштабных систем хранения энергии благодаря низкой стоимости и использованию легкодоступного сырья, — сказал он. — Натрий-ионные аккумуляторы представляют собой масштабируемую и доступную альтернативу для хранения и передачи возобновляемой энергии, и пилотные проекты продемонстрировали их перспективность для обеспечения стабильности энергосистемы. Натрий-ионные аккумуляторы становятся все более популярными в автомобильной промышленности как более экономичная альтернатива литий-ионным аккумуляторам, особенно для электрических двух- и трехколесных транспортных средств».