Китайская команда разработала новый электролит для натриевых батарей: сверхбыстрая зарядка, 2000 циклов с сохранением 90% ёмкости

Репортаж от Wedoany，Китайские исследователи разработали новый квазитвёрдый электролит, который позволяет натрий-металлическим батареям заряжаться быстрее, иметь более длительный срок службы и повышенную безопасность.

Исследовательская группа из Юго-Восточного университета (Southeast University) совместно с компанией HiNa Battery Technology и Университетом Янчжоу разработала двухмедиаторный электролит, предназначенный для решения двух ключевых проблем натрий-металлических батарей: медленной скорости переноса ионов натрия, а также роста дендритов и выхода батарей из строя, вызванных нестабильными межфазными реакциями.

Натрий-ионные батареи, благодаря богатым запасам натрия и меньшим ограничениям в цепочке поставок, рассматриваются как недорогая альтернатива литий-ионным системам, и в последние годы интерес к ним постоянно растёт. Однако на практике основной проблемой остаётся достижение быстрой зарядки без ущерба для срока службы.

Исследовательская группа сообщает, что новый электролит имеет число переноса ионов натрия 0,94, сохраняя при этом ионную проводимость 1,3 мСм см⁻¹. Для сравнения, традиционные квазитвёрдые электролиты обычно имеют число переноса в диапазоне от 0,4 до 0,7, что ограничивает улучшение характеристик зарядки.

В состав электролита входит комбинация ионов олова (Sn²⁺) и дифтороксалатобората (DFOB⁻), которые совместно регулируют структуру электролита и поведение движения ионов натрия. Исследование показывает, что DFOB⁻ ослабляет взаимодействие между ионами натрия и полимерной сеткой, высвобождая больше свободно движущихся ионов натрия. Результаты моделирования показывают, что скорость диффузии ионов натрия достигает 16,8 Ų нс⁻¹, что примерно в шесть раз быстрее, чем у традиционных жидких электролитов.

Эта двойная взаимоблокирующая конструкция также повышает общую стабильность электролита за счёт балансировки координации ионов в объёме и на межфазной границе, обеспечивая более плавный перенос ионов натрия в условиях высокого тока, тем самым снижая концентрационную поляризацию и способствуя сохранению стабильности характеристик симметричных и полноценных батарей в циклах быстрой зарядки-разрядки. Образующийся межфазный слой эффективно подавляет дендриты — игольчатые металлические структуры, рост которых может вызвать внутреннее короткое замыкание и сократить срок службы батареи.

В лабораторных испытаниях симметричная натриевая батарея непрерывно работала в течение 6000 часов при плотности тока 0,1 мА см⁻² без отказов, вызванных дендритами, а критическая плотность тока системы достигла 3,0 мА см⁻². При соединении с катодом из фосфата ванадия-натрия батарея обеспечивала ёмкость 80,1 мАч г⁻¹ при сверхбыстрой зарядке, полностью заряжаясь примерно за четыре минуты. При высокой скорости зарядки 3C после 2000 циклов зарядки-разрядки сохранение ёмкости батареи составило 90%.

Электролит остаётся стабильным при напряжении до 4,7 В, что открывает возможности для совместимости с катодными материалами более высокого напряжения. Исследовательская группа также вышла за рамки тестирования кнопочных элементов: безнапорные мягкие батареи продолжали нормально работать после многократного складывания и могли питать смартфон. Тесты с конфигурациями батарей высокой нагрузки и использованием других катодных химических систем также показали положительные результаты.

Команда заявляет, что этот метод может быть распространён на литий-металлические и калий-металлические батареи, сохраняя при этом совместимость с существующими производственными процессами. Результаты исследования опубликованы в журнале Nano-Micro Letters.

Данный материал скомпилирован платформой Wedoany. При цитировании материалов, созданных с помощью искусственного интеллекта (ИИ), необходимо обязательно указывать источник — «Wedoany». В случае выявления нарушения прав или иных проблем просим своевременно информировать нас. Сайт оперативно внесёт изменения или удалит материал.Электронная почта: news@wedoany.com