Лень британских учёных обернулась открытием лучших в мире натрий-ионных аккумуляторов

Исследователи из Университета Суррея (Англия) совершили неожиданное открытие в области натрий-ионных аккумуляторов. Традиционно при производстве катода на основе натрий-ванадиевого гидрата (NVOH) материал обезвоживали путём нагрева, считая, что присутствие воды ухудшает характеристики. Однако учёные решили оставить воду внутри материала — и это привело к почти двукратному увеличению ёмкости хранения энергии по сравнению с обезвоженной версией.

Результаты исследования опубликованы в свежем выпуске Journal of Materials Chemistry A и открывают новые перспективы для дешёвых и безопасных альтернатив литийионным батареям, которые, как всем известно, небезопасны в эксплуатации и вредны при утилизации.

Ключевой эффект увеличения ёмкости достигается за счёт того, что молекулы воды раздвигают слои материала, создавая больше пространства для перемещения ионов натрия. Это позволяет катоду принимать и отдавать значительно больше ионов натрия при зарядке и разрядке. Тестовые элементы с таким катодом продемонстрировали отличную стабильность — они выдержали более 400 циклов зарядки без существенной потери характеристик. Кроме того, материал показал высокую скорость зарядки и впечатляющую удельную ёмкость, что делает его одним из лучших катодных материалов для натрий-ионных систем на сегодняшний день.

Главные преимущества такой технологии — низкая стоимость и высокая безопасность на всех этапах, от производства до утилизации. Натрий чрезвычайно распространён в природе, его добыча относительно проста и не создаёт проблем в цепочках поставок, в отличие от того же лития. Натрий-ионные аккумуляторы менее склонны к перегреву и возгоранию, а использование воды в структуре катода дополнительно повышает безопасность. По сравнению с литийионными батареями, которые обладают более высокой плотностью энергии, но страдают от проблем с пожароопасностью и экологически вредной добычей, натриевые батареи с водосодержащим катодом предлагают более «зелёный» и доступный вариант для повсеместного применения.

Перспективы открытия выходят далеко за рамки обычного хранения энергии. Материал NVOH эффективно работает даже в солёной воде, демонстрируя отличные результаты в процессах опреснения — он способен удалять соль из воды не хуже, а иногда и лучше других электродов. В будущем это может привести к созданию систем, где аккумуляторы на основе морской воды будут одновременно накапливать энергию и производить пресную воду. По словам разработчиков, такое сочетание функций открывает по-настоящему захватывающие возможности для устойчивой энергетики и водоснабжения.