Новый материал сохраняет 80% емкости аккумуляторов после сотен циклов: это рекорд

Исследователи из JAIST разработали анодный полуэлемент. Он показал превосходные электрохимические характеристики и циклическую стабильность. Об этом сообщает Interesting Engineering.

Рост мирового спроса на электронные устройства и электромобили обуславливает необходимость производства мощных аккумуляторных батарей с более высокой эффективностью, производительностью и безопасным хранением. Литий-ионные аккумуляторы остаются лучшим выбором на протяжении более трех десятилетий, однако их высокая стоимость и неравномерное географическое распространение создают проблемы. Натрий-ионные аккумуляторы превратились в перспективных конкурентов благодаря широкой доступности своего основного компонента, экономической эффективности и высокому электрохимическому потенциалу.

Остаются некоторые проблемы, препятствующие популярности натрий-ионных ячеек на рынке по сравнению с литий-ионными. Первая из них заключается в том, что ионный радиус натрия больше, чем у лития, что приводит к медленной кинетике ионов и усложнению фазовой стабильности и образования межфазных границ. Вторая — в разработке электродов, которые хорошо работают как с литий-ионными батареями, так и с натрий-ионными. Ученые JAIST взялись за это исследование, чтобы улучшить производительность и стабильность электродов.

Они создали новую плотно функционализированную и водорастворимую поли(ионную жидкость), поли(оксикарбонилметилен 1-аллил-3-метилимидазолий) — PMAI, — и проверили ее связывающую способность для аккумуляторов обоих типов. Анодный полуэлемент на основе PMAI показал превосходные электрохимические характеристики и циклическую стабильность.

Что касается тестирования, то для проверки эффективности нового материала PMAI использовали его в качестве связующего графитового анода и твердого углеродного анода в аккумуляторах двух видов. Результаты показали, что анодный полуэлемент на основе PMAI показал исключительные электрохимические характеристики, высокую емкость (297 мАч г -1 при 1С для литий-ионных батарей и 250 мАч г -1 при 60 мАч -1 для натрий-ионных) и отличную стабильность цикла с 96% сохранением емкости после 200 циклов для натрий-ионных и 80% сохранением емкости после 750 циклов в литий-ионных.

"Этот класс материалов будет принят в системах хранения энергии с быстрой зарядкой для коммерческих приложений, поскольку данное связующее вещество способствует улучшению диффузии ионов натрия. Исследование будет способствовать разработке более совершенных материалов, прокладывая путь для новых электронных устройств и электромобилей, работающих на ионах натрия", — добавили ученые.