Если кто-то, перелистывающий до искупления картинки или заметки в интернете, наткнется на заголовок — Высокоэнергетические, мощные натрий-ионные батареи со слоистым органическим катодом — скорее всего он ее быстро пропустит. Большинство людей бы так сделали, но мы же любим такие истории. И вот недавняя аннотация:
«Натрий-ионные аккумуляторы (SIB) могут стать альтернативным решением для аккумулирования энергии. Пока их проблемы заключаются в ограниченной плотности энергии существующих катодных материалов. В принципе, окислительно-восстановительные органические материалы могут справиться с этой проблемой и имеют достаточно высокую теоретическую плотность энергии, но пока технология ограничена из-за плохого переноса электронов/ионов. В последнем исследовании ученые использовали малозонный, проводящий, нерастворимый слоистый безметалловый катодный материал. Он демонстрирует высокую теоретическую емкость 355 мАч г–1, что обеспечивается четырехэлектронным окислительно-восстановительным процессом с превосходной стабильностью циклирования. Новый катодный материал позволяет улучшать перенос заряда и повышает мощность. Теоретическая плотность энергии катода 472 Вт·ч·кг на электрод, с максимальной удельной мощность 31,6 кВт·кг на электрод».
Если вам это показалось немного сложным, Interesting Engineering поможет расшифровать что здесь написано. Суть в том, что исследователи из Dincă Group в Принстонском университете разработали натрий-ионную батарею, в которой используется новый органический катодный материал, бис-тетрааминобензохинон (TAQ). Инновационная технология открывает большие перспективы для различных приложений, включая электромобили, центры обработки данных и системы возобновляемой энергии. Разработка имеет ряд преимуществ перед ныне используемыми технологиями. Литий-ионные батареи, хотя и широко используются, зависят от лития, ресурса с ограниченной доступностью и сложными цепочками поставок. Натрий-ионные батареи предлагают более доступное решение, поскольку натрий широко распространен и доступен.
Однако, как обычно, есть несколько проблем. «Хотя ученые добились определенного прогресса в натриевых батареях, препятствием для их широкого применения является низкая плотность энергии — и короткий срок службы», — заявили исследователи в пресс-релизе. «Плотность энергии — это то, о чем сразу думают потребители. Чем больше плотность энергии, тем дальше проедет ваш автомобиль», — пояснил исследователь университета. Однако, новый катодный материал разработанный в США решает эти проблемы. Он демонстрирует исключительные характеристики как по плотности энергии, так и по мощности и может даже превзойти традиционные литий-ионные катоды. Нерастворимость и проводимость нового катода TAQ имеют решающее значение. Нерастворимость способствует стабильности катода, а проводимость облегчает поток электронов, критически важный процесс для высвобождения энергии.
Переход к натрий-ионной технологии требует особых инженерных решений, и исследователи потратили год на адаптацию существующих методов. Результатом стала батарея, которая продемонстрировала производительность, близкую к ее теоретической максимальной емкости. «Выбранное нами связующее вещество, углеродные нанотрубки, облегчает смешивание кристаллитов TAQ и частиц сажи, что позволяет создать однородный электрод», — объяснил автора работы. Оптимизированная структура позволяет использовать почти 100% активного материала, приближая производительность батареи к ее теоретическим возможностям.
Однако, не спешите бежать в магазин автозапчастей и выбывать чек на покупку натрий-ионной батареи. Пока все происходит в лаборатории, а это значит, что до коммерческого производства может пройти от трех до пяти лет. Мы много раз читали о новых технологиях аккумуляторов и знаем, что не стоит слишком радоваться, пока не будут получены характеристики срока службы и циклов зарядки. Но главное дело в том, что ученые по всему миру усердно работают над поиском новых технологий, которые сделают электромобили более привлекательными. Являются ли натрий-ионные аккумуляторы жизнеспособной альтернативой литий-ионным аккумуляторам? Задайте нам этот вопрос через пару лет.
Теперь что касается уже более знакомых твердотельных аккумуляторов. Недавно пресса сообщала о новой технологии аккумуляторов Gen6, которую BMW представит в этом году. По словам компании, она увеличит запас хода электромобилей на 30%. На пресс-конференции было объявлено, что BMW представит демонстрационный автомобиль с твердотельной батареей уже в этом году. Однако серийный автомобиль появится нескоро. Autocar узнал от Мартина Шустера, вице-президента BMW, что компания вряд ли выпустит в серию этот электромобиль раньше 2030 года. Согласно BMW Blog, производственные затраты все еще слишком высоки, а руководитель отдела закупок Йоахим Пост также сказал о непомерно высоких расходах и ценах на новую модель.
Интересно, что Mercedes и Hyundai также заявляют, что к 2030 году у них будут автомобили с твердотельными батареями. Любители Mercedes традиционно не считают деньги, а вот Hyundai более сознательно относится к расходам своих клиентов. Компания только что начала пилотное производство твердотельных аккумуляторных элементов в своем исследовательском центре Uiwang в южнокорейской провинции Кёнгидо. Будет интересно посмотреть, сможет ли она превзойти немецких конкурентов в этой технологии. Мы должны узнать больше об инициативе Hyundai в начале следующего месяца, когда она официально анонсирует свои новые аккумуляторы «Dream».
