0

Новые высокоёмкие натрий-ионные элементы могут заменить литиевые в перезаряжаемых батареях

Согласно исследованию, опубликованному в Журнале Американского химического общества, ученые из Бирмингемского университета проложили путь для замены лития в литий-ионных батареях на натрий.

Литий-ионные батареи (LIB) являются перезаряжаемыми и широко используются в ноутбуках, мобильных телефонах и в гибридных и полностью электрических транспортных средствах. Электрические транспортные средства являются важной технологией в борьбе с загрязнением в городах и для реализации эры чистого транспорта.

Однако литий стоит дорого, а его ресурсы распределены неравномерно по всей планете. Большое количество питьевой воды получается в установках литиевой экстракции, и технологии экстракции становятся все более энергоемкими, поскольку спрос на литий растет.

С ростом спроса на электромобили потребность в надежных перезаряжаемых батареях резко возрастает, поэтому существует большая заинтересованность в поиске носителя заряда, в отличие от лития, дешевого и легкодоступного.

Натрий недорог и его можно найти в морской воде, поэтому он практически безграничен. Однако натрий является бо́льшим ионом, чем литий, поэтому невозможно просто «поменять» на него литий в современных технологиях. Например, в отличие от лития, натрий не будет помещаться между углеродными слоями анода LIB, графита.

Ученым необходимо было найти новые материалы для работы в качестве компонентов для натрий-ионных батарей, которые будут конкурировать с литием в плане мощности, скорость зарядки, энергии и плотности заряда.

Запустив квантовомеханические модели на суперкомпьютерах, команда д-ра Эндрю Морриса из Кафедры металлургии и материалов Университета Бирмингема смогла предсказать, что происходит, когда натрий вставляется в фосфор.

В сотрудничестве с командой доктора Лорен Марбеллы и профессора Клэр Грей в университете Кембриджа были проведены эксперименты, которые подтвердили прогнозы. Было обнаружено, что фосфор образует спирали на промежуточных стадиях зарядки.

Исследователи определили окончательный состав электрода, который обеспечивает конечную емкость носителей заряда в семь раз больше, чем у графита для того же веса. Это дает нам новое представление о том, как сделать высокомощные натрий-ионные аноды.

Д-р Эндрю Моррис: «Это огромная победа в области вычислительной науки о материалах. Мы предсказали, как фосфор будет вести себя в качестве электрода в 2016 году и теперь можем, с экспериментальной информацией, предоставленной командой профессора Грея, узнать, как улучшить наши прогнозы. Удивительно, насколько сильны комбинированные теоретико-экспериментальные подходы ».

Узнать больше: Lauren E. Marbella et al. Sodiation and Desodiation via Helical Phosphorus Intermediates in High-Capacity Anodes for Sodium-Ion Batteries, Journal of the American Chemical Society (2018). DOI: 10.1021/jacs.8b04183

Добавлено в: Статьи
Яндекс.Метрика
© 2014 Химия, опыты, эксперименты! In-chemistry.ru