Исследователи из Швейцарской Федеральной лаборатории материаловедения и технологий (EMPA) и Женевского университета нашли твердый электролит, который может работать в натриевой твердотельной аккумуляторной батарее. Он стал недостающим элементом для дальнейшего развития этой перспективной технологии.
Швейцарские исследователи из EMPA и Женевского университета представили прототип действующей натриевой твердотельной аккумуляторной батареи. Они нашли подходящее твердое вещество, которое можно использовать в качестве электролита и который обеспечивает перенос ионов натрия с анода на катод.
В течение многих лет исследователи искали жизнеспособную замену для существующей литий-ионной технологии. Швейцарские ученые начали при этом с трех сторон. Во-первых, они заменили литий натрием. Во-вторых, они отказались от использования графита в качестве материала для анода, а применили металлический натрий. Но при этом проявилась проблема с образованием дендритов. Это небольшие образования древовидной формы из атомов металла, которые образуются на аноде при миграции ионов металлов через электролит. Если они достаточно длинные, то они пробивают сепаратор батареи и вызывают короткое замыкание.
Чтобы остановить рост дендритов, исследователи предложили использовать вместо жидкости твердый электролит. Однако до сих пор не удавалось найти подходящий материал: «Нам нужен подходящий твердый ионный проводник, который является химически и термически стабильным, и нетоксичным», — объясняет Ханс Хагеманн из факультета физической химии в Женевском университете. Таким неорганическим электролитом стало борное соединение клозо-боран, который обладает соответствующими свойствами. Они также нашли способ соединения твердых электролитов с также твердыми электродами. Анод состоит из металлического натрия, катод из оксида хрома натрия.
После испарения растворителя ученые соединяли композитный порошок катода с анодом и электролитом, спрессовывая слои для формирования батареи. Готовая аккумуляторная батарея сохранила стабильность при 3 В, тогда как предыдущие твердотельные батареи разрушались в этих условиях, и выдержала более 250 циклов перезарядки с сохранением 85% емкости. «Но до вывода батареи на рынок нужно довести цифру как минимум до 1 200 циклов», — заявили исследователи. «Кроме того, нам еще нужно проверить аккумулятор при комнатной температуре. Наши эксперименты все еще продолжаются».
Источник: https://www.photovoltaik.eu/Archiv/Meldungsarchiv/article-795175-110949/schweizer-entwickeln-protoyp-einer-natrium-feststoff-batterie-.html