Литиевым батареям конец? Соль, углерод и наночастицы дадут фору самым топовым аккумуляторам

Мир стремительно переходит на чистую энергию: электромобили заполняют улицы городов, солнечные панели появляются в отдалённых деревнях. Всё это требует новых, более совершенных источников питания. Однако традиционные литий-ионные аккумуляторы остаются дорогими и сильно зависят от редких материалов, на которые не у всех стран есть средства.

Решение этой проблемы нашли учёные из Центра передовых научных исследований имени Джавахарлала Неру (JNCASR) при государственном Департаменте науки и технологий Индии. Они создали натрий-ионный аккумулятор с впечатляющими характеристиками: он заряжается до 80% всего за шесть минут и выдерживает более трёх тысяч циклов перезарядки — это значительно превосходит показатели существующих натриевых батарей.

Команда под руководством профессора Премкумара Сенгуттувана и его аспиранта Биплаба Патры разработала особый анодный материал со сложной химической формулой: Na₁.₀V₀.₂₅Al₀.₂₅Nb₁.₅(PO₄)₃. Характеристики технологии улучшили тремя способами: уменьшили частицы до наноразмеров, окружили каждую из них тонким слоем углерода и добавили в состав небольшое количество алюминия. Эти модификации обеспечили высокую скорость зарядки и стабильную работу.

В отличие от лития, запасы которого в природе очень ограничены, натрий широко распространён по всему миру и стоит значительно дешевле. Это и делает натрий-ионные аккумуляторы перспективной альтернативой существующим решениям. Новая разработка также лишена типичных недостатков: риска возгорания и быстрой деградации. Эффективность уже подтверждена серией электрохимических испытаний и компьютерным моделированием.

Потенциальные области применения технологии весьма обширны. Очевидно, натрий-ионные батареи могут найти применение в электромобилях, системах хранения энергии для солнечных и ветряных электростанций, беспилотных летательных аппаратах. Особенно важна их роль в электрификации сельских районов, до сих пор не подключённых к централизованным сетям. Тем более в бедных странах.

Тем временем интерес к натриевым аккумуляторам растёт по всей планете. Китайская компания CATL, например, недавно представила батарею Naxtra, позволяющую электромобилю проезжать до 500 километров без подзарядки. В Японии создали портативные источники питания на основе натрия, выдерживающие почти 5000 циклов перезарядки. Очевидно, что дальше - больше.

Правда, у натрий-ионных аккумуляторов есть один недостаток — более низкая энергетическая плотность. Это означает, что при одинаковой ёмкости они несколько крупнее и тяжелее литиевых аналогов. Однако преимущества в виде низкой стоимости, повышенной безопасности и устойчивости к жаркому климату всё ещё делают их идеальным решением для многих областей.

Разработка индийского центра JNCASR пока существует только в лабораторных условиях, но уже привлекла внимание научного сообщества. При достаточном финансировании и поддержке промышленности Индия может стать ключевым игроком на глобальном рынке аккумуляторов. Это изобретение — важный шаг вперёд, способный превратить страну из участника мировой гонки за чистую энергию в одного из её лидеров.