Новый натрий-содержащий оксид – перспективный катодный материал для натрий-ионных аккумуляторов

Ученые Сколтеха и их коллеги из Франции, США, Швейцарии и Австралии синтезировали и изучили свойства нового перспективного катодного материала для натрий-ионных аккумуляторов, которые в будущем смогут стать дополнением к их литий-ионным аналогам или даже прийти им на смену.

Сегодня литий-ионные аккумуляторы не только широко используются в бытовой электронике, но и являются движущим фактором развития электрического транса. Однако мировые запасы лития весьма ограничены, а технологии его добычи экологически небезопасны, поэтому ученые и инженеры во всем мире уже давно заняты поиском других, более эффективных, надежных и экономичных решений в области хранения электроэнергии.

Одно из таких альтернативных решений — технология натрий-ионных аккумуляторов. Значительно большие запасы натрия по сравнению с литием позволяют существенно снизить экономические издержки при его добыче и переработке, что приводит к уменьшению цены конечного устройства — аккумулятора. Тем не менее, разработчикам пока не удалось создать натрий-ионный аккумулятор с достаточно высокой плотностью энергии и стабильностью работы. В настоящее время в лабораториях по всему миру ведутся работы, направленные на создание новых катодных материалов на основе натрия с оптимальными составом и структурой.

Директор Центра энергетических технологий (CEST) Сколтеха профессор Артем Абакумов и аспирант Анатолий Морозов вошли в состав международной группы ученых, которая исследовала запатентованное компанией Рено соединение Na (Li1/3Mn2/3) O2. В ходе исследования было показано, что оно является перспективным катодным материалом благодаря высокой удельной плотности энергии, отсутствия падения рабочего напряжения при длительном циклировании и устойчивости к воздействию влаги.

  Названы реальные масштабы климатической катастрофы

«Мы провели целый комплекс исследований различными передовыми методами просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ), используя оборудование нашего Центра коллективного пользования «Визуализация высокого разрешения». Мы изучили кристаллическую структуру соединения Na (Li1/3Mn2/3) O2 методом электронной дифр и выполнили её прямую визуализацию при помощи сканирующей ПЭМ с атомным разрешением. Кроме того, мы провели анализ строения Na (Li1/3Mn2/3) O2 в различных степенях заряда с помощью ПЭМ и проследили, как меняется его кристаллическая структура в процессе электрохимического циклирования», − отмечает Анатолий Морозов.

В частности, исследователи обнаружили, что обратимая (разрядная) емкость нового соединения составляет 190 мАч/г – это относительно высокое значение для катодных материалов натрий-ионных аккумуляторов. Более того, по словам Морозова данные значения разрядной ёмкости сохраняются на протяжении большого количества циклов заряда/разряда, а сам материал устойчив к воздействию влаги, что не хатерно для подобных соединений. «Также при продолжительном электрохимическом циклировании у соединения Na (Li1/3Mn2/3) O2 не наблюдалось значительного снижения рабочего напряжения, что является главным недостатком аналогичных слоистых катодных материалов с повышенным содержанием лития», −поясняет Морозов.

  Раскрыто предназначение туннеля под пирамидой Луны

Однако помимо преимуществ, описанных выше, Na (Li1/3Mn2/3) O2 имеет один недостаток − большое значение гистерезиса напряжения в процессе заряда и разряда аккумулятора, что приводит к снижению энергоэффективности катодного материала и может стать препятствием на этапе коммерческого внедрения. «Мы полагаем, что появление гистерезиса напряжения связано с мцией марганца в процессе работы аккумулятора. Это означает, что в будущем для решения этой проблемы необходимо будет разработать модель упорядочения катионов и найти способ управлять этим процессом», − добавляет Морозов.

«В своей работе исследователи использовали установленный в ЦКП электронный микроскоп Titan Themis Z, с помощью которого можно визуализировать отдельные атомы в кристаллической решетке материала, исследовать его структуру, а также взаимосвязи между структурой и свойствами материала. Однако для пол серьезных научных результатов даже самого современного оборудования недостаточно: мы считаем, что главный секрет успеха кроется в высоком профессиональном уровне исследователей, студентов и аспирантов Сколтеха, работающих в нашем ЦКП, поэтому мы вкладываем много сил и средств в их профессиональное .

  На спутнике Сатурна возможно существование жизни – NASA

Директор CEST профессор Абакумов одновременно является научным руководителем нашего ЦКП, что способствует активному сотрудничеству между командой ЦКП и учеными Сколтеха и обеспечивает нашему институту значительные конкурентные преимущества при выполнении сложных научно-исследовательских ов и разработке уникальных технологий», − отмечает ЦКП «Визуализация высокого разрешения» Ярослава Шахова.

В исследовании также приняли участие специалисты Коллеж де Франс, Университета Сорбонны, компании Рено, Сети электрохимического хранения энергии (RS2E), Орлеанского университета, Университета По и региона Адур и Университета Монпелье (Франция);Национальной лаборатории им. Э. Лоуренса в Беркли и Университета Иллинойса в Чикаго (США); Института Пауля Шеррера (); Сиднейского университета, Австралийского центра по исследованию рассеивания нейтронного и рентгеновского изл и Организации по ядерной науке и технике Австралии.

Читайте наш Телеграм-канал https://t.me/ieport_new

Читайте также: Носледние новости Украины России и мира сегодня.

Pin It

Добавить комментарий