В России создали замену литий-ионным аккумуляторам

Несмотря на то, что натрий-ионный аккумулятор имеет энергетические характеристики, близкие к литий-ионному, и обладает рядом преимуществ (основной рабочий катион примерно в сто раз дешевле лития, а на анодном токосъемнике можно использовать лёгкий и дешёвый алюминий вместо тяжёлой и дорогой меди), но при этом есть существенный минус — уменьшенная плотность энергии электродного материала. Из-за этого натрий-ионные батареи должны быть на 30−50% больше литий-ионных сравнимой энергоёмкости. Решить эту проблему может новое открытие российских учёных кафедры электрохимии МГУ под руководством старшего научного сотрудника, к.х.н.Олега Дрожжина, описанное в Chemistry of Materials.

«Группа Олега Дрожжина обнаружила интересную структуру, ранее описанную только для крупных щелочных катионов — калия, рубидия, цезия — и попробовала синтезировать новое соединение с натрием с целью проверить его электрохимические свойства. Они оказались уникальными», — отметил и.о. декана химического факультета МГУ, член-корреспондент РАН Степан Калмыков.

Выяснилось, что натрий-ванадиевый пирофосфат β-NaVP2O7 имеет энергоёмкость 420 Вт*ч/кг (на 20% меньше, чем у литиевого катодного материала LiCoO2 с энергоёмкостью 530 Вт*ч/кг) и крайне малое (0,5%) изменение объёма при заряде-разряде.

«Изменение объёма при циклировании напрямую влияет на такой важный показатель, как потеря ёмкости со временем. Чем меньше меняется объём материала при заряде-разряде, тем дольше он сможет стабильно работать. Множество соединений так и не нашли применение в аккумуляторах из-за значительного изменения в объёме», — пояснил Олег Дрожжин.

Учёным удалось получить материал, каркас которого способен обратимо отдавать и внедрять до двух катионов натрия на одну элементарную ячейку, от состава VP2O7 до Na2VP2O7. Суммарная ёмкость такого циклирования — около 220 мАч/г и это рекордный показатель для подобных материалов.

Потенциально пирофосфат может стать и анодным материалом натрий-ионных аккумуляторов. Исследователи намерены продолжать работу, улучшая электрохимические свойства соединения — меняя начальную степень окисления ванадия и частично замещая его на другие катионы.

Источник: popmech.ru