Дослідницька команда з Вашингтонського університету в Сент-Луїсі створила прототип батареї на основі натрію без анода. Вчені переконалися в тому, що тонкий шар міді виконує роль одного з електродів, в результаті чого акумулятор значно менший і дешевший у виробництві. Крім того, продуктивність при цьому не зменшується.
Типовий літій-іонний акумулятор має два електроди, які називаються катодом і анодом. Вони передають іони в розчині електроліту один одному, коли пристрій заряджається і розряджається. Протягом деякого часу вчені досліджували, як метал натрію може замінити літій, а також те, як ці конструкції можуть працювати без анодного компонента.
Дослідник Пен Бай – керівник дослідження заявив: «Ми, звісно, можемо створити інноваційний акумулятор. Проте, проблема полягає в тому, що раніше ніхто ніколи не показував, що безанодна батарея може працювати безпечно та мати великий термін служби. Такі батареї завжди виходять з ладу дуже швидко або мають дуже низьку потужність. Крім того, вимагають спеціальної обробки струмоприймача”.
Бай та його команда вважають, що їм вдасться розв’язати цю проблему, усунувши анод і замість нього додати тонкий шар мідної фольги. Він знаходиться на стороні анода струмоприймача акумулятора. Струмоприймач збирає вільні електрони при розряді акумулятора і направляє їх у пристрій, що заряджається.
Коли ця експериментальна батарея заряджається, замість іонів, що проходять від катода через матеріал сепаратора до анода, вони наносяться на мідну фольгу. Згодом перетворюються на блискучий, гладкий метал. Потім, коли акумулятор розряджається, матеріал розчиняється, та іони повертаються на катод.
Вченим вже вдалося спостерігати за роботою акумулятора в режимі реального часу. Для цього використовувалася спеціально побудована прозора капілярна комірка. Саме вона дозволила дослідникам помітити нестабільність у роботі новоствореної конструкції. Під час роботи були утворені дендрити, що призводять до короткого заряду батареї та швидкого виходу з ладу. Після виявлення цих недоліків команда внесла корективи. Одним з найголовніших є зменшення вмісту води в електроліті. Це допоможе обмежити реакції з лужним металом натрію, який зазвичай може призвести до дендритів.
«Всі недоліки акумулятора видно лише в процесі роботи. Необхідно уважно стежити за якістю електроліту, щоб і акумулятор був якісним», – говорить Бай.
Усунувши ці недоліки, дослідники змогли створити належну робочу версію своєї безанодної натрієвої батареї. Незважаючи на меншу вартість завдяки використанню натрію та менший розмір внаслідок усунення анода, вони повідомляють, що пристрій за своєю продуктивністю подібний до звичайної літій-іонної батареї.
Акумулятор показав високу ефективність, щільність енергії і стабільність: він зберіг 62,8% місткості після 80 циклів зарядки і розрядки.
“Ми виявили, що акумуляторні батареї можна виробляти і без анода, отримуючи при цьому такі ж характеристики та додаткові переваги. Крім того, такі батареї є економічними та безпечними для навколишнього середовища”, – сказав Бай.
Читайте найцікавіші еконовини АРТ-ЕНЕРГО в Telegram та Фейсбуці