Несмотря на повсеместное распространение, литий-ионные аккумуляторы имеют ряд существенных недостатков. Их производство сопряжено с экологическими рисками, а добыча лития – дорогостоящий и сложный процесс. Кроме того, такие батареи подвержены перегреву, возгоранию и плохо работают при низких температурах.
В качестве перспективной альтернативы давно рассматриваются натрий-ионные аккумуляторы. Натрий – один из самых распространенных элементов на планете, его добыча проста и не несет геополитических рисков. До недавнего времени главным препятствием для их широкого применения была низкая плотность энергии и больший вес по сравнению с литиевыми аналогами. Однако эти батареи дешевле в производстве, безопаснее и не имеют проблем с цепочками поставок сырья.
Революционный прорыв в этой области совершили исследователи из Университета Суррея в Британии. Они разработали уникальный подход к созданию катода, который позволил почти вдвое увеличить емкость натрий-ионной батареи. Ученые использовали соединение под названием наноструктурированный гидрат ванадата (NVOH), которое обычно применяют в обезвоженном виде. В этот раз исследователи решили сохранить воду в его структуре.
«Результаты оказались совершенно неожиданными, – отметил ведущий автор исследования Дэниел Коммандер. – Оксид ванадия натрия известен много лет, и его обычно термообрабатывают для удаления воды, поскольку считалось, что она создает проблемы. Мы решили оспорить это предположение, и результат превзошел все ожидания. Материал показал гораздо более высокую производительность и стабильность». Тестовые аккумуляторы выдержали более 400 циклов зарядки-разрядки, сохраняя стабильность.
Как сообщается в статье, опубликованной в журнале Journal of Materials Chemistry A, эффективность нового метода объясняется тем, что молекулы воды позволяют слоям материала слегка расходиться. Это создает больше пространства для ионов натрия, позволяя катоду накапливать их в большем количестве. Благодаря этому открытию NVOH теперь считается одним из лучших катодных материалов для натрий-ионных батарей.
Исследование также выявило неожиданное дополнительное свойство материала. Команда протестировала гидратированный NVOH в качестве среды для опреснения и обнаружила, что он работает так же хорошо, если не лучше, чем другие распространенные электроды. Это открывает возможность создавать системы, которые используют морскую воду в качестве безопасного и доступного электролита, одновременно производя пресную воду в процессе своей работы.
