Австралійські інженери представили прототип батареї, здатної працювати тисячі годин без підзарядки та без ризику займання.
Її основа – не дефіцитний літій, а звичайний натрій, а ключовий елемент конструкції нагадує міцний пластик замість небезпечної рідини.
Під час лабораторних випробувань нова натрієва батарея пропрацювала понад 5000 годин, зберігаючи стабільність навіть за високих температур.
Розробку створили в Університеті Квінсленда як рішення для акумуляторних станцій, що накопичують енергію з відновлюваних джерел.
Чому натрій опинився в центрі уваги
Натрій розташований поруч із літієм у періодичній таблиці, але на відміну від нього є значно доступнішим.
Його добувають з морської води та кам’яної солі, що знижує залежність від складних і вразливих ланцюжків постачання.
Для масштабних проєктів зі зберігання енергії це означає потенційне зменшення витрат на матеріали.
Дослідження очолював доктор Чен Чжан з Австралійського інституту біоінженерії та нанотехнологій при Університеті Квінсленда.
Його команда зосередилася на твердотільних батареях, які поєднують дешеві метали з підвищеним рівнем безпеки.
Небезпеки, що ховаються всередині батарей
У традиційних батареях іони рухаються крізь рідкий електроліт.
Саме він є слабким місцем системи.
“У більшості батарей використовується рідкий електроліт, але ці рідини горючі і можуть перегріватися”, – пояснив доктор Чжан.
У натрій-металевих елементах із рідкими електролітами часто виникають дендрити – металеві мікрошипи.
Вони проростають усередині батареї, спричиняючи короткі замикання, втрату енергії, а іноді й пожежі.
Тверді електроліти усувають цю проблему, замінюючи рідину суцільним шаром.
Але тут виникає інший виклик – матеріал має бути водночас міцним і проникним для іонів.
Пластик та іони натрію
Команда з Квінсленда вирішила проблему на молекулярному рівні.
Замість простої заміни солей вони створили спеціальний блок-сополімер.
- одна частина полімерного ланцюга утримує іони натрію;
- інша є фторованою, слизькою та негорючою.
Після обробки цей матеріал формує об’ємно-центровану кубічну структуру.
Всередині неї утворюються з’єднані тунелі, якими іони рухаються з мінімальним опором.
Водночас така структура блокує проростання дендритів.
У повноцінних елементах з катодом на основі фосфату ванадію-натрію батарея зберегла понад 91% початкової ємності.
Цей показник залишався стабільним після 1000 циклів швидкого заряджання та розряджання при температурі 80°C.
Натрієві батареї і попит на енергію
На відміну від багатьох літієвих рішень, натрій-металеві батареї не потребують кобальту або нікелю.
Це зменшує екологічні ризики та соціальні проблеми, пов’язані з видобутком цих металів.
Для енергомереж із сонячними та вітровими станціями такі батареї мають ключове значення.
Вони здатні накопичувати електроенергію у великих контейнерних блоках і компенсувати періоди, коли генерація падає.
Доступність натрію відкриває шлях до виробництва батарей у країнах, які не мають власних запасів літію.
Це може зробити світову енергосистему менш уразливою до сировинних криз.
Наступні кроки
Лабораторні тести проводять за високих температур, аби прискорити процеси всередині батареї.
Однак для реального застосування потрібна стабільна робота за кімнатних умов.
“Така довгострокова продуктивність необхідна для зберігання енергії на рівні енергомережі”, – наголосив доктор Чжан.
Наступним етапом для команди стане підвищення ефективності батареї при звичайних температурах.
Дослідники вже протестували кілька внутрішніх структур і зупинилися на тій, що забезпечує найплавніший рух натрію.
Якщо ці результати вдасться поєднати з безпекою та довговічністю, натрій-металеві батареї можуть стати основою великих проєктів відновлюваної енергетики.
І тоді потік чистої енергії не зупинятиметься навіть після заходу сонця.
Залишити коментар