Ученые из Китайской академии наук придумали новый материал для анодов натриевых батарей — пористые кубики из селен-модифицированного сульфида марганца, упакованные в углеродные нановолокна. Руководил исследованием профессор Чжэньхай Вэнь.

Оказалось, что добавление селена резко улучшает свойства материала: батареи становятся мощнее, стабильнее и долговечнее.

Результаты опубликованы в издании Nano-Micro Letters.

Почему это важно

• Больше энергии: Селен увеличивает способность материала запасать натрий и держать заряд.
• Лучшая проводимость: Ионы натрия быстрее движутся внутри структуры.
• Прочность: Углеродные волокна не дают материалу разрушаться при многократной зарядке.

Материал создали с помощью электроспиннинга и шаблонного синтеза — получились «бусины» из пористых кубиков MnS₀.₅Se₀.₅, вплетенные в азотированные углеродные нити. Поры и добавка селена создают дефекты, которые улучшают химические связи и ускоряют реакции.

Электроспиннинг — метод создания тонких волокон из полимеров или композитов: раствор «вытягивают» в нити под высоким напряжением, как сахарную вату.

Как это работает

При зарядке-разрядке материал превращается в смесь металлического марганца, Na₂S и Na₂Se — и этот процесс полностью обратим.

Результаты впечатляют:

• Первая разрядка дает 613 мА·ч/г, КПД — 90,8%.
• После 200 циклов остается 595 мА·ч/г.
• Даже при сверхбыстрой зарядке (10 А/г) емкость — 370 мА·ч/г.
• После 5000 циклов сохраняется 65,5% емкости.

Теперь ученые думают, как масштабировать технологию и подобрать идеальную долю селена. Исследование открывает путь к дешевым и мощным натриевым батареям.

Натриевые батареи могут заменить литиевые в массовых применениях: от сетевых накопителей до электромобилей. Дешевизна натрия и устойчивость этого материала к деградации делают его перспективным для промышленности. Если технологию удешевят, Китай и другие страны смогут снизить зависимость от лития.

Неясно, как поведет себя материал в реальных условиях — например, при низких температурах или в составе полного аккумулятора (с катодом и электролитом). Также селен — дорогой и токсичный элемент, что может осложнить массовое производство.

Ранее ученые нашли способ заменить литий в батареях с помощью углеродных конусов.