Соляные аккумуляторы смогут питать целые города

Команда ученых из министерства энергетики США и Университета Уханя (Китай) разработала технологию изготовления натрий-ионных аккумуляторов, которые могут стать дешевым и эффективным накопителем электричества, поступающего от альтернативных источников энергии.

Как известно, для надежного подключения солнечных и ветряных источников энергии в национальную электрическую сеть требуется аккумулятор, который сможет отдавать электричество в момент простоя генераторов. Литий-ионные аккумуляторы, широко распространенные на рынке потребительской электроники, слишком дороги для такого использования. Натриевые аккумуляторы дешевы, но современные натрий-серные аккумуляторы работают при температурах выше 300 градусов по Цельсию, что снижает их емкость и создает серьезные проблемы по обеспечению безопасности таких батарей.

Группа ученых постаралась совместить достоинства обоих типов аккумуляторов и создать новый тип – натрий-ионную батарею с дешевым натриевым электролитом и электродами из литиевых батарей. Натрий-ионный аккумулятор работает при комнатной температуре и использует ионы натрия, т.е. обычную поваренную соль. Новая технология позволит создавать дешевые натриевые аккумуляторные батареи, для крупномасштабного использования в национальных электросетях.

Больше всего ученым пришлось поработать над электродами, «позаимствованными» у литий-ионных аккумуляторов. Эти электроды изготовлены из оксида марганца, атомы, которого образуют множество отверстий и тоннелей, в которые проходят ионы лития во время работы аккумулятора. Свободное передвижение ионов лития позволяет батарее накапливать или отдавать электричество. Однако простая замена ионов лития на ионы натрия невозможна – последние на 70% крупнее и не проходят сквозь поры оксида марганца, пишет CNews.

Чтобы найти способ решить эту проблему и увеличить размер пор в электроде, исследователи обратились к наноматериалам. Наиболее привлекательным оказался путь создания нанопроводов на основе оксида марганца, по которым ионы натрия могли бы беспрепятственно скользить и не зависеть от размера пор в электроде. Экспериментируя с различными условиями формирования нанопроводных электродов и контролируя результаты с помощью сканирующего электронного микроскопа, ученым удалось при температуре 750 градусов по Цельсию изготовить идеально ровные кристаллы оксида марганца.

Прототип натрий-ионного аккумулятора с новыми электродами показал пиковую емкость в 128 миллиампер-часов на грамм материала электрода, что превосходит предыдущий «рекорд» в 80 миллиампер-часов на грамм. Кроме того, новый аккумулятор демонстрирует достаточную для потребительского использования долговечность: после 100 циклов зарядки-разрядки, он потерял только 7% своей емкости, а после 1000 – 23%.

Единственный недостаток натрий-ионного аккумулятора заключается в том, что чем быстрее он заряжается, тем меньше энергии он может накопить. Ученые предполагают, что это связано с медленным движением ионов натрия. Для решения этой проблемы планируется создать еще более мелкие нанопровода, которые смогут обеспечить быструю зарядку и разрядку в условиях городской электросети.