Стабильный анод для натрия

Натрий-ионные батареи могут стать более дешевой альтернативой литий-ионным батареям, если будут найдены способы предотвращения разрушения электродов крупными ионами натрия при их движении вперед и назад.

В качестве возможного натрий-ионного анода для таких батарей ученые-материаловеды из Университета Циндао использовали диоксид титана и графит для создания стабильной структуры, не меняющейся после 2000 циклов.

«Исследователи обнаружили, что аккумулятор имеет обратимую удельную емкость 228 мАч/г при плотности тока 0,05 А/г, со 100% сохранением емкости после 2000 циклов при токе 1 А/г», — сообщили в университете. «Полный элемент типа «таблетка», собранный с катодом Na3V2(PO4)3, обеспечивает плотность энергии 220 Втч/кг».

В качестве сырья команда выбрала форму TiO2, известную как «анатаз», чья кристаллическая структура пориста для ионов Na+ из-за наличия двумерных каналов.

Однако, по словам профессора Циндао Сю Сун Чжао, анатаз имеет плохую электронную проводимость, и скорость диффузии ионов могла бы быть лучше.

Ответ, общий для большинства конструкций аккумуляторных электродов, заключается в увеличении относительной площади поверхности материала за счет использования микроскопических частиц, прочно удерживаемых в высокопористой проводящей матрице.

Подход Чжао к этой цели заключался в использовании золь-гель-химии для синтеза губчатого, термически стабильного анатаза, покрытого углеродом.

Здесь важна термическая стабильность, поскольку температура может изменить кристаллическую структуру анатаза на другие формы TiO2, менее способные хранить ионы натрия. Команда из Циндао заявила, что материал их анода стабилен до 750°C.

«В ходе этой работы был получен анатаз со специальной структурой для улучшения электронной проводимости и кинетики диффузии ионов», — сказал Чжао. Он «обеспечивает метод синтеза высокоэффективных анодных материалов на основе диоксида титана и идеи для изучения механизма хранения анатаза».

Работа описана в статье «Свойства хранения ионов натрия термостабильного анатаза», опубликованной в журнале Energy Material Advances.