Учёные из британского Университета Суррея сделали нестандартное открытие, касающееся натрий-ионных аккумуляторов. Ранее при создании катода из натрий-ванадиевого гидроксида (NVOH) материал подвергали сушке нагреванием, полагая, что вода негативно влияет на его свойства. Однако исследователи оставили воду в структуре — и это позволило почти вдвое увеличить энергоёмкость в сравнении с обезвоженным аналогом.
Источник изображения: ИИ-генерация Grok 4/3DNews
Данные работы были представлены в новом номере Journal of Materials Chemistry A и указывают на перспективность создания недорогих и надёжных альтернатив литий-ионным батареям, чья эксплуатация сопряжена с рисками, а утилизация — с экологическим ущербом.
Рост ёмкости объясняется тем, что молекулы воды расширяют промежутки между слоями материала, обеспечивая больше места для движения ионов натрия. Благодаря этому катод способен принимать и высвобождать существенно больше ионов в процессе заряда и разряда. Экспериментальные образцы с таким катодом показали отличную стабильность, выдержав свыше 400 циклов без значительной деградации. Материал также продемонстрировал высокую скорость заряда и выдающуюся удельную ёмкость, что выводит его в число наиболее эффективных катодных материалов для натрий-ионных систем.
Основные достоинства этой технологии — экономичность и повышенная безопасность на всех этапах жизненного цикла. Натрий широко распространён в природе, его добыча не составляет труда и не создаёт сложностей в логистике, в отличие от лития. Натрий-ионные аккумуляторы менее подвержены перегреву и возгоранию, а наличие воды в структуре катода дополнительно снижает риски. В сравнении с литий-ионными батареями, которые обладают большей энергетической плотностью, но имеют проблемы с пожаробезопасностью и экологически затратным производством, натриевые аккумуляторы с гидратированным катодом предлагают более экологичное и бюджетное решение для массового использования.
Возможности применения этого материала простираются значительно дальше стандартных задач накопления энергии. NVOH сохраняет высокую эффективность даже в солёной среде, показывая выдающиеся характеристики в опреснении — его способность удалять соль из воды сопоставима, а в ряде случаев превосходит аналогичные электроды. В перспективе это может способствовать разработке комплексных решений, в которых аккумуляторы, работающие на морской воде, будут параллельно запасать энергию и вырабатывать пресную воду. Как отмечают создатели, подобная двойная функциональность создаёт исключительно перспективные направления для развития экологичной энергетики и водообеспечения.
