Китайские исследователи разработали высоковольтную натриево-серную батарею, которая может составить конкуренцию литиевым батареям.

Группа исследователей из Китая представила новую конструкцию натрий-серной батареи, которая может коренным образом изменить подходы к хранению энергии. Используя химические процессы, которые исторически создавали проблемы для инженеров при разработке серы, им удалось создать элемент, невероятно дешевый в производстве, но при этом обладающий огромной энергетической мощностью.

Конструкция, которая в настоящее время проходит лабораторные испытания, использует чрезвычайно дешевые ингредиенты: серу, натрий, алюминий и электролит на основе хлора. В ходе первых испытаний батарея достигла плотности энергии более 2000 ватт-часов на килограмм — показатель, который значительно превосходит современные натрий-ионные батареи и даже может составить конкуренцию литиевым элементам высшего класса.

Сера всегда была «белым китом» в области аккумуляторных технологий, потому что теоретически она может хранить огромное количество энергии.

В чем проблема? В стандартных литий-серных батареях сера, как правило, образует вредные химические побочные продукты, которые засоряют систему и сокращают срок службы батареи . Новый подход меняет ситуацию. Вместо того чтобы заставлять серу просто принимать электроны, исследователи создали систему, в которой сера фактически их отдает.

Принцип работы следующий: в батарее используется катод из чистой серы и простой кусок алюминиевой фольги в качестве анода. Секрет заключается в электролите, представляющем собой смесь хлорида алюминия, солей натрия и хлора. При разрядке батареи атомы серы на катоде отдают электроны и реагируют с хлором, образуя хлориды серы. Тем временем ионы натрия захватывают эти электроны и осаждаются на алюминиевой фольге.

Этот специфический химический процесс позволяет обойти проблемы деградации, обычно характерные для серных батарей. Пористый углеродный слой удерживает реакционноспособные вещества внутри, а стекловолоконный сепаратор предотвращает короткое замыкание. Это сложная реакция, но команда доказала, что она протекает плавно и обратимо.

Показатели долговечности здесь впечатляют.

Тестовые элементы выдержали 1400 циклов зарядки-разрядки, прежде чем начали значительно терять емкость. Еще более впечатляет срок хранения: после более чем года простоя батарея сохранила 95 процентов своего заряда. Это имеет огромное значение для проектов долговременного хранения энергии, где батареи могут простаивать неделями или месяцами.

Но настоящим прорывом станет цена. Исходя из стоимости сырья, исследователи подсчитали, что эта батарея может стоить примерно 5 долларов за киловатт-час. Для сравнения, это менее одной десятой стоимости многих современных натриевых батарей и намного дешевле литий-ионных. Если им удастся наладить массовое производство, хранение возобновляемой энергии в энергосистеме может стать невероятно дешевым.

Конечно, есть подвох. Используемый ими электролит с высоким содержанием хлора является коррозионным и с ним сложно безопасно работать. Кроме того, эти цифры получены в результате лабораторных испытаний, основанных на весе активных материалов, а не на полностью упакованном коммерческом элементе питания. Перенести это из лабораторного образца на производственный цех станет огромной инженерной проблемой.

Тем не менее, это исследование — громкий тревожный сигнал. Оно доказывает, что когда стандартные материалы, такие как литий, становятся слишком дорогими или дефицитными, творческий подход к «нетрадиционной» химии может открыть двери, о существовании которых мы даже не подозревали.

Статья " Китайские исследователи разработали высоковольтную натриево-серную батарею, которая может составить конкуренцию литиевым батареям" впервые появилась на сайте Digital Trends .