Исследователи разработали новую технологию, которая может позволить заменить литиевые батареи более устойчивыми альтернативами.
Команда из Имперского колледжа Лондона создала технологию, которая могла бы обеспечить переход от литий-ионных к натриево-ионным батареям. Получая углерод из лигнина, побочного продукта бумажной промышленности, исследователи улучшили плотность энергии, устойчивость и безопасность натриево-ионных батарей. Результаты, опубликованные в журнале Energy and Environmental Science, могут сыграть значительную роль в глобальном переходе к более экологичным источникам энергии.
Замена литий-ионных аккумуляторов
Литий-ионные аккумуляторы обычно используются во многих электрических устройствах, но глобальные ресурсы лития быстро сокращаются, а добыча полезных ископаемых создает большой углеродный след. Натриево-ионные батареи могут предложить устойчивую альтернативу, которая, если ее оптимизировать, может использоваться в электромобилях. Однако современные модели еще не соответствуют энергетической емкости лития и представляют некоторые риски для безопасности.
Ключ к повышению энергоемкости аккумуляторов лежит в материале и конструкции анодов, обеспечивающих функцию накопления энергии. Несмотря на их сверхвысокую теоретическую емкость, необходимы дальнейшие исследования, чтобы раскрыть потенциал батарей, изготовленных с металлическими натриевыми анодами, и устранить риски, связанные с высокореактивной природой этого материала.
Группа Титиричи из Департамента химического машиностроения взялась за эту задачу и разработала решение, заменив объемные металлы в натриевых батареях углеродными матами на основе лигнина, осажденного натрием.
Автор-корреспондент профессор Магда Титиричи сказала: «Очень интересно видеть новые возможности использования лигнина в аккумуляторном секторе и его потенциал для разработки новых технологий на основе натрия, которые могли бы революционизировать сектор электромобилей, создавая высокоэффективные, безопасные и более устойчивые батареи».
Прядильные полотна
В этом исследовании лигниновые маты были получены с использованием процесса, известного как «электроспиннинг», где лигниновые волокна прядутся таким же образом, как пауки прядут свои паутины в природе. Затем волокна подвергались карбонизации с образованием многочисленных дефектов в структуре материала. Эти дефекты поддерживают равномерное и стабильное осаждение металлического натрия, элемента, ответственного за накопление энергии, что приводит к увеличению энергоемкости.
Благодаря сочетанию металлического натрия со специально подобранным углеродом на основе лигнина, преимущества энергетической емкости сохраняются и используются, в то время как риски безопасности, связанные с накоплением дендрита, который вызывает короткое замыкание батарей, снижаются.
Процесс также требует меньше тепла для карбонизации лигнина, чем другие методы, что еще больше уменьшает углеродный след производственного процесса.
Следующие шаги
Натриево-ионные батареи показали огромные перспективы в энергетическом поле, но их ограниченная энергетическая емкость до сих пор ограничивала их широкое применение. Эта новая технология может позволить им заменить литий-ионные батареи в гораздо более широких масштабах, чем это возможно в настоящее время, и использоваться в таких крупных продуктах, как электромобили.
Соавтор Чжэнь Сюй добавил: «Наши исследования показывают большой потенциал натриево-ионных батарей, чтобы играть значительную роль в устойчивом энергетическом будущем. Теперь мы надеемся работать с промышленностью, чтобы развивать эту технологию в промышленных масштабах и исследовать новые области применения натрий-ионных аккумуляторов.»
Теперь команда продолжит оттачивать технологию, экспериментируя с различными типами клеток и проводя дальнейшие эксперименты.
