Не сыпь мне соль на электрод: открыт секрет долгой жизни батарей
Литиевая соль в натриевом аккумуляторе — звучит как противоречие, но именно это сделало его в разы надежнее.
Натрий-ионные аккумуляторы (НИА) могут стать достойной заменой литий-ионным — натрия в природе больше, да и стоить такие батареи будут дешевле. Но есть проблема: они быстро теряют емкость и выходят из строя из-за нестабильного защитного слоя (SEI) и разрушения электродов. Ученые из Южной Кореи — профессор Чи-Сан Ю и профессор Хён-Сын Ким — нашли способ это исправить. Они добавили в электролит литиевую соль (LiPF₆), и результаты впечатляют.
SEI-слой (Solid Electrolyte Interphase) — это пленка, которая образуется на поверхности электрода при контакте с электролитом. Она защищает анод от разрушения, но если слой слишком рыхлый или растворяется, батарея быстро деградирует. В этой работе его укрепили литием.
Результаты опубликованы в издании Nano-Micro Letters.
Как это работает
- Защитный слой стал прочнее. Литиевая соль помогла создать на аноде из твердого углерода плотный SEI-слой, который почти не растворяется и не пропускает лишние ионы. Это резко снизило потерю энергии.
- Катод перестал разрушаться. Литий немного «встроился» в структуру катода, укрепив его, как балки в здании. Теперь он не трескается и меньше реагирует с электролитом.
Эксперименты показали, что с добавкой LiPF₆ батарея сохраняет 92,7% емкости после 400 циклов — это лучше, чем у обычных НИА (80%). Анализ газов подтвердил: электролит почти не разлагается, а рентген и микроскопы зафиксировали, что катод остается целым даже после долгой работы.
Что дальше
Технология масштабируема, а значит, скоро такие аккумуляторы могут появиться в промышленных накопителях. Но ученым еще есть над чем работать: например, проверить другие добавки или улучшить состав электролита.
Главный плюс — снижение стоимости хранения энергии. Если НИА с литиевой добавкой покажут стабильность в реальных условиях, это ускорит переход на возобновляемую энергетику: солнечные и ветровые станции смогут запасать дешевую электроэнергию без дорогого лития. Также технология пригодится в электромобилях бюджетного сегмента, где цена батареи критична.
Исследование не учитывает долгосрочное влияние лития на систему. Литиевая соль может мигрировать в анод, постепенно снижая его проводимость. Кроме того, LiPF₆ гигроскопичен — в промышленных масштабах потребуется строгий контроль влажности, что усложнит производство.
Ранее ученые открыли способ заменить литий в батареях с помощью углеродных конусов.
