Инженеры в Австралии создали прототип натриевой батареи, который продемонстрировал высокую надежность и стабильность работы в ходе длительных лабораторных испытаний. Аккумулятор проработал более 5000 часов и использует твердое, напоминающее пластик ядро вместо легковоспламеняющегося жидкого электролита. Это делает систему значительно более устойчивой к перегреву и снижает риск возгораний.

Разработка велась в Университете Квинсленда и ориентирована прежде всего на стационарные аккумуляторные станции, предназначенные для хранения энергии из возобновляемых источников, сообщает издание Earth. Одним из ключевых преимуществ технологии стала замена дефицитного лития на широко распространенный натрий — элемент, содержащийся, в частности, в поваренной соли. Такой подход способен снизить себестоимость аккумуляторов и уменьшить зависимость от сложных и уязвимых цепочек поставок.

Интерес к натрию объясняется его доступностью и относительной дешевизной. Он находится рядом с литием в периодической таблице, но добывается значительно проще. По оценкам ученых, батареи на его основе могут заметно сократить затраты на материалы в крупных проектах по хранению энергии.

Работой руководил доктор Чэн Чжан из Австралийского института биоинженерии и нанотехнологий при Университете Квинсленда. Его команда сосредоточилась на твердотельных батареях, которые объединяют более безопасные электролиты с недорогими металлами. В традиционных натриевых элементах с жидким электролитом часто образуются дендриты — микроскопические металлические «иглы», способные вызвать короткое замыкание и привести к пожару.

В новой батарее жидкий электролит заменен твердым полимерным материалом. Он одновременно достаточно прочен, чтобы подавлять рост дендритов, и достаточно проницаем для ионов натрия. Такой баланс долгое время оставался ключевой проблемой: многие материалы либо разрушались под нагрузкой, либо слишком сильно замедляли движение ионов.

Команда из Квинсленда решила эту задачу, переработав структуру электролита на молекулярном уровне. В результате был создан блок-сополимер, в котором одна часть удерживает ионы натрия, а другая — фторированная — обеспечивает термостойкость и негорючесть. При специальной обработке материал формирует трехмерную кубическую структуру с «туннелями», по которым ионы могут свободно перемещаться.

Испытания показали, что аккумулятор сохраняет более 91% первоначальной емкости после 1000 циклов быстрой зарядки и разрядки при температуре около 80 градусов Цельсия. Такие показатели считаются многообещающими для систем хранения энергии на уровне энергосети.

В отличие от многих литиевых батарей, натриевые аккумуляторы не требуют использования кобальта и никеля, добыча которых связана с экологическими и социальными проблемами. Это делает технологию особенно привлекательной для стран, не располагающих собственными запасами редких металлов.

Следующим этапом исследований станет повышение эффективности батареи при работе при комнатной температуре. По словам доктора Чжана, именно сочетание длительного срока службы, безопасности и стабильной работы в обычных условиях откроет путь к коммерческому применению технологии.

Если эти задачи будут решены, натриевые батареи могут стать важной основой для развития возобновляемой энергетики, снизив зависимость мировой энергетической системы от лития и повысив ее устойчивость к сырьевым кризисам.

Источник:  Earth