Появилась теоретическая возможность отказа от лития в пользу натрия в батареях

Литий становится новым золотом: стремительное использование литий-ионных аккумуляторов в электромобилях, компьютерах и портативных устройствах приводит к росту цен и влияет на предложение относительно редкого металла.

Ученые находятся на пороге открытия и разработки нового способа использования натрия для замены части лития, что позволит снизить стоимость и гарантировать поставки.

Недавно ученые рассмотрели возможность полного отказа от лития и использования натрия или других элементов в высококачественных батареях. Натрий дешевле и доступнее (он содержится в морской воде в виде хлорида натрия), но у них есть свои недостатки, и литиевые батареи остаются лучшими с точки зрения обеспечения концентрированного заряда, необходимого для питания автомобилей и портативных устройств. Докторант Туллио Джерачи и профессор Александра Навроцки из Университета штата Аризона применили другой подход: смешивание лития и натрия в одном аккумуляторе обещает снять проблемы с поставками и открыть путь к созданию более дешевых аккумуляторов и более надежной цепочки поставок.

Группа занимается изготовлением литий-натриевых материалов и характеризует их структуру, однородность и термодинамические свойства. Для измерения энергетической стабильности материалов используется специализированная методика, разработанная и оптимизированная в лаборатории Навроцкого (высокотемпературная калориметрия растворов оксидных расплавов), а в экспериментах по нагреву определяется возможность их разложения в процессе эксплуатации.

Представляя свои результаты на конференции по геохимии имени Гольдшмидта, Туллио Джерачи сказал:

Мы смешивали небольшое количество натрия с литием, проверяли смесь на стабильность, а затем смотрели, как она работает. Это поэтапный процесс, и когда мы только начинали, стабильность была малообещающей — прежде всего, нужно было проверить, остается ли смесь в пригодном для использования виде. Но по мере увеличения содержания натрия стабильность улучшалась. К настоящему времени мы достигли 10%-ной смеси, и это, похоже, нормально, она все еще термодинамически стабильна. Мы полагаем, что сможем довести этот показатель примерно до 20%, прежде чем увидим существенную разницу в производительности.

Туллио Джерачи продолжает:

Сначала мы не были уверены, что такие разбавления Li/Na вообще возможны. Удивительно, но мы обнаружили, что слабые разбавления имеют тенденцию разрушаться, растворы теряют свою однородность и кристаллическую структуру, что очень важно для производства батареи. Но при увеличении количества натрия материал становится более стабильным. После того как мы получим оптимальную смесь, мы должны передать наши наработки технологам-аккумуляторщикам для производства первых натрий-литиевых аккумуляторов. Мы считаем, что это первые шаги в развитии новой аккумуляторной технологии.

Профессор Нэнси Росс (факультет геонаук, Virginia Tech, Blacksburg VA) прокомментировала:

Исследование Джерачи и Навроцкого показывает, как геохимия может применяться для разработки новых материалов, имеющих технологическое значение. Их исследование открывает перспективный путь к поиску альтернативных, более доступных и устойчивых источников для литиевых батарей, от которых мы зависим в повседневной жизни.

Профессор Росс не принимала участия в данной работе, это был независимый комментарий.

12.07.2023