Боффинс расследует тайну стабильности ионно-натриевых батарей • The Register

Jul 07, 2023

Мир постепенно приближается к замене лития в батареях натрием – и исследователи Корнеллского университета считают, что нашли способ помочь решить проблемы стабильности в зарождающейся технологии хранения энергии.

Направляя высокосинхронизированный рентгеновский луч на ионно-натриевую батарею в процессе зарядки, исследователи заявили, что им удалось обнаружить временные дефекты кристалла, которые возникают только во время использования батареи и исчезают в состоянии покоя, сообщила команда в его бумага.

«Если бы мы посмотрели на батарею до и после первого цикла зарядки-разрядки, мы бы не увидели никаких дефектов. Но в процессе эксплуатации мы видим, как дефекты формируются и самовосстанавливаются, оставляя после себя заметные «шрамы», — сказал Андрей Зингер. , ведущий научный сотрудник и научный сотрудник факультета материаловедения и инженерии Корнеллского университета.

В последние годы натрий-ионные аккумуляторы находятся на переднем крае исследований аккумуляторов, но они быстро разлагаются при зарядке и разрядке, а такой короткий срок службы делает их гораздо менее практичными в качестве замены долговечных литий-ионных аккумуляторов.

Хотя это открытие может помочь будущим исследователям лучше понять, как функционируют катоды в натрий-ионных батареях, команда заявила, что они до сих пор не совсем понимают механизм их образования. Однако они смогли использовать металлургическое моделирование, чтобы предсказать движение переходных дефектов по катоду.

Вооруженная этими знаниями, команда Корнеллского университета, Калифорнийского университета, Сан-Диего, Чикагского университета и Аргоннской национальной лаборатории теперь планирует изучить, как дефекты взаимодействуют с процессом ионной диффузии при зарядке и разрядке батареи. Сингер сказал, что дефекты позволяют предположить, что форма частиц играет роль в этом процессе взаимодействия, и это он и его команда хотят изучить дальше.

«На протяжении столетий кузнецы использовали технологию дефектации металлов для создания более прочных и долговечных материалов, даже не осознавая этого», — сказал Сингер, добавив, что он надеется, что использование метода дефектации катодов с ионами натрия может помочь решить проблему стабильности.

Многие отрасли промышленности включают вопросы устойчивого развития в свои будущие планы развития продукции, и аккумуляторы не являются исключением. Литий — гораздо более редкий и гораздо более дорогой материал, чем натрий, которого много во всем мире, он химически подобен литию и относительно недорог.

Китайские производители аккумуляторов BYD и CATL активно работают над ионно-натриевыми батареями, которые избегают проблем с деградацией, и недавно сообщалось, что обе компании планируют использовать смешанные литий-ионные батареи в электромобилях китайского производства позднее в этом году.

США уже стали отстающими в других видах аккумуляторных технологий, и, судя по всему, Китай готов монополизировать рынок натрий-ионных аккумуляторов, как только они достигнут состояния готовности к производству.

По данным The New York Times, 16 из 20 заводов по производству натриевых батарей, планируемых или строящихся в настоящее время, расположены в Китае; Через два года 95 процентов мировых мощностей по производству натриевых батарей будет принадлежать Китаю.

Хотя можно перерабатывать натрий для батарей из таких источников, как морская соль и другие формы хлорида натрия, большая его часть поступает из таких источников, как кальцинированная сода или карбонат натрия, крупнейший источник натрия для промышленного применения. В Вайоминге, например, находится один из крупнейших когда-либо обнаруженных источников кальцинированной соды, которая широко используется в США и может служить источником натрия для батарей.

Природная кальцинированная сода гораздо более устойчива к переработке, чем литий, но в Китае, где в ближайшие несколько лет, вероятно, будет производиться большинство натрий-ионных батарей, доминирует синтетическая кальцинированная сода, полученная с помощью процесса Сольве.

Процесс Solvay, используемый для производства синтетического карбоната натрия в Китае, химически интенсивен и требует большого количества тепла, обычно угля, а это означает, что китайские натрий-ионные батареи, вероятно, не станут устойчивым решением, в котором нуждается мир. ®

Присылайте нам новости