Учёные изменили окружение атомов алюминия, чтобы продлить жизнь натрий-серным батареям
Новый катализатор помогает подавлять один из механизмов потери ёмкости. Лабораторные элементы прошли испытания на 2500 циклах зарядки и разрядки
Исследователи Китайской академии наук и Аньхойского университета разработали алюминиевый катализатор для натрий-серных аккумуляторов. Результаты опубликованы в журнале Angewandte Chemie International Edition.
Натрий и сера — распространённые материалы, поэтому такие батареи рассматривают как перспективный вариант недорогого хранения энергии. Однако их долговечность ограничивает перенос растворимых полисульфидов натрия между электродами. Этот «челночный эффект» приводит к потере активного материала и ухудшению характеристик.
Учёные изменили окружение отдельных атомов алюминия, закреплённых на углеродном материале. В структуре, где алюминий связан с четырьмя атомами кислорода, один из них заменили азотом, получив конфигурацию Al–O₃N.
Такая перестройка меняет распределение электронов и усиливает взаимодействие с полисульфидами натрия. Катализатор помогает удерживать эти соединения и ускоряет реакции с участием серы.
В испытаниях материал показал удельную ёмкость 1196 мА·ч/г после 100 циклов при режиме 0,1 C. В отдельном длительном тесте на 2500 циклах авторы сообщили о среднем снижении ёмкости на 0,017% за цикл.
Эти показатели относятся к лабораторному электрохимическому материалу и испытательным элементам. Значение 1196 мА·ч/г нельзя переносить на массу готового аккумулятора целиком, включая корпус и остальные компоненты. А потери на каждом цикле накапливаются: речь не о снижении всего на 0,017% за весь тест.
Работа показывает, как повысить эффективность катализатора из доступного металла за счёт изменения его атомной структуры. Возможность серийного производства и характеристики полноразмерных батарей ещё предстоит проверить.
