В России придумали как уйти от токсичного лития в аккумуляторах

28 сентября 2023

Российские ученые синтезировали новый материал для натрий-ионных аккумуляторов

В последние годы резко возрос интерес к созданию натрий-ионных аккумуляторов, альтернативных уже привычным литий-ионным батареям, к тому же отличающимся повышенной морозостойкостью.

Натрий (11-й номер в периодической таблице Менделеева и 6-й по распространенности в земной коре – авт.) – более дешевая альтернатива литию, в том числе для анода – электрода отрицательного заряда, который выступает «антиподом» катода, т.е. положительно заряженным электродом. Ионы натрия во время заряда аккумулятора перемещаются от катода к аноду через электролит (проводник электрического тока), а во время разряда – от анода к катоду.

Ученые из Института неорганической химии им. А. В. Николаева Сибирского отделения Института неорганической химии (СО) РАН попытались создать такой материал из дисульфида молибдена, который используется в качестве смазки для двигателей, и графена – двумерного кристалла, состоящего из одиночного слоя атомов углерода, собранных в гексагональную решетку. Задача исследователей состояла в том, чтобы путем точных замен или удаления атомов химических элементов в синтезируемом материале задавать ему такие характеристики (емкость, стабильность, длительность работы), которые позволят ионам натрия эффективно взаимодействовать с ним.

Кандидат физико-математических наук Анастасию Федоренко цитирует Российский научный фонд: «Мы можем убрать атом серы или молибдена из материала, и у нас появятся пустые места, так называемые “вакансии”. В них мы помещаем атомы других химических элементов, например, азота, никеля, селена или кобальта. Любые наши действия будут изменять реакционную активность и электропроводность материала, влияя на его функциональные характеристики».

Емкость аморфных углеродных материалов, используемых в качестве анода литий-ионных аккумуляторов, обычно не превышает 300 миллиампер-часов на грамм (мА·ч/г), при этом такие материалы теряют порядка 20 % своей емкости после 1000 циклов работы аккумулятора.

Как показали эксперименты, проведенные с использованием синхротронного излучения, новый материал демонстрирует хорошую стабильность (способность сохранять свои свойства с течением времени) и высокую энергоемкость на уровне 320 мА·ч/г, при этом его свойства сохраняются на протяжении 1200 циклов заряда и разряда аккумулятора.

Так, что новый материал, с высокой вероятностью, найдет коммерческое применение, в том числе, очевидно, и в ячейках тяговых аккумуляторных батарей для электромобилей и электробусов.

Кстати, китайская фирма CATL (Contemporary Amperex Technology Co., Limited) – крупнейший поставщик батарей для электромобилей, сотрудничающий с BMW, Mercedes-Benz, Geely и десятком других производителей по всему миру, представила в августе LFP-батарею, поддерживающую токи 4С, позволяющую сверхбыструю зарядку с 0% до 80% всего за 10 минут, что позволяет BEV проезжать до 700 километров. При этом плотность энергии у получившейся батареи относительно невелика – только 160 Вт·ч на килограмм против 285 Вт·ч на килограмм в среднем у литий-ионных ячеек.

Массовое производство аккумуляторов, получивших название Shenxing (что-то вроде «божественной скорости»), начнется до конца этого года. А первые электромобили с такими батареями появятся на рынке в I квартале 2024-го.

P.S. Отечественная электротехническая, электронная и автомобильная промышленность в условиях санкций особенно остро нуждается в собственных ноу-хау, которые должны повысить технологический уровень выпускаемой продукции, включая автомобильную. Кстати, морозоустойчивость натрий-ионных аккумуляторов (при –20°С сохраняет свыше 90% емкости) для нашего климата – одна из принципиально важных характеристик!

Следите за новостями на портале www.rim3.ru

Наш интернет магазин: https://irim3.ru/