Замена литиевым аккумуляторам заряжается за секунды и не взрывается

Исследователи из Корейского института передовых наук и технологий (Korea Advanced Institute of Science and Technology, KAIST) совершили многообещающий прорыв в области аккумуляторов, пишет портал TechSpot. Они разработали новый натрий-ионный элемент питания, способный не просто накапливать электричество, но и делать это молниеносно. По мнению экспертов TechSpot, разработка корейских ученых способна произвести революцию в области портативных источников электричества.

По конструкции натрий-ионные аккумуляторы схожи с привычными литий-ионными, у которых есть три проблемы – они медленно заряжаются, быстро и хорошо горят и плохо утилизируются. За счет почти аналогичной конструкции новые корейские АКБ можно будет отправить на конвейер без необходимости крупных вливаний в модернизацию производства.

В новых батареях ионы натрия заменяют ионы лития в катоде, а соли лития в электролите (жидкость, которая помогает переносить заряд между электродами батареи) заменяются солями натрия. Технические характеристики своего изобретения корейские ученые не раскрывают.

Сами по себе натрий-ионные батареи – это далеко не самая новая технология. Но в своем первозданном виде они заметно уступают даже старым литиевым по времени зарядки и плотности, из-за чего массовое их распространение пока не случилось. Но технология все же постепенно набирает обороты, в том числе и потому, что материалов на планете, используемых в литиевых АКБ, в 1000 раз меньше, чем компонентов натриевых (статистика TechSpot).

По сути, специалисты KAIST просто устранили главный недостаток натрий-ионных батарей – медленную скорость зарядки. А сделать им это удалось при помощи технологий, которые используются в суперконденсаторах – современных элементах питания, способных хранить большие запасы энергии в небольшом объеме. В них можно мгновенно «закачать» энергию, и извлечь ее из них можно так же быстро. Срок эксплуатации суперконденсаторов практически неограничен.

Команда KAIST заменила обычные катодные материалы аккумуляторов на материалы, используемые в суперконденсаторах, в результате чего появилась высокоэнергетическая и мощная гибридная натриевая батарея, которую можно быстро заряжать. Были внесены изменения в анод для повышения емкости, а также был использован особый метод синтеза оптимизированного материала электрода.

Натрий-ионные батареи лишены еще двух фундаментальных недостатков своих литий-ионных конкурентов. Во-первых, они в десятки раз безопаснее, поскольку очень плохо горят, во-вторых, их можно разряжать до нуля и потом заново заряжать без каких-либо последствий. С литиевыми батареями такой фокус не проходит – падение напряжения до 0 В в их случае, как правило, означает необходимость покупки новой АКБ или применения специализированных зарядных устройств. Последние, впрочем, при 100-процентной разрядке элемента питания помогают далеко не всегда и даже могут спровоцировать его возгорание.

Также в натрий-ионных батареях исключен риск перегрева из-за короткого замыкания, пишет TechSpot.

По словам исследователей, работавших над проектом, их решение имеет плотность, превосходящую коммерчески доступные литий-ионные батареи. Это означает, что корейским ученым удалось устранить проблемы натрий-ионных аккумуляторов с невозможностью хранить такой же объем энергии, как в литий-ионных АКБ, имея одинаковые с ними габариты.

В результате появилась возможность делать натриевые АКБ более компактными, чем литиевые, при сохранении емкости. Как пишет TechSpot, с учетом всех доработок, что внесли в конструкцию натриевых аккумуляторов специалисты KAIST, отныне они идеально подходят для использования во всех видах электронных гаджетов. Такие АКБ компактны, мало весят, безопасны и быстро заряжаются.

Также они могут сильно повлиять на рынок электромобилей, темпы роста которого низки, в том числе, из-за литиевых аккумуляторов. Электрокары на таких элементах питания слишком медленно заряжаются и слишком хорошо горят, а замена АКБ всегда, за исключением гарантийных случаев, становится сильным ударом по кошельку. Работая на натриевых батареях, электромобили смогут заряжаться за пару минут – столько обычно уходит на заливку полного бака легковой машины с двигателем внутреннего сгорания. Автопроизводители тоже ищут способы решения проблемы с медленной зарядкой электромобилей.

На момент выпуска материала ученые KAIST не называли сроки коммерциализации своей технологии. Однако отсутствие необходимости модернизировать производство и легкодоступность компонентов для сборки натрий-ионных АКБ вселяет надежду, что их появление в составе техники – дело ближайших нескольких лет.

В России тоже есть идеи создания элементов питания с быстрой зарядкой на основе нестандартных материалов. Например, в еще 2019 г. отечественные специалисты научились делать их из растения, от которого вся Россия мечтает избавиться как можно скорее. Речь о так называемом «борщевике», сорняке, который, по оценке многих специалистов, может быть опасен для здоровья человека. CNews писал, что российские ученые нашли способ использовать стебель борщевика в качестве материала для производства электродов суперконденсаторов. Свою идею они проверили на практике, и она доказала свою эффективность – полученные в ходе исследований результаты показали, что, несмотря на растительное происхождение электродов, суперконденсаторы не утратили своих свойств и смогли накапливать заряд в больших объемах и хранить его продолжительное время.