ℹ️ Внутри всем известного литий-ионного аккумулятора, который стоит в каждом смартфоне, или его аналога натрий-ионного аккумулятора находятся два электрода: отрицательный – анод и положительный – катод. Анод представляет собой медный токоотвод, покрытый активным материалом, обычно слоем графита. В этот графит при заряде аккумулятора внедряются ионы щелочного металла (лития или натрия). Катод состоит из алюминиевого токоотвода и активного материала, содержащего щелочной металл – литий или натрий. Этот материал служит источником ионов щелочного металла: при заряде они уходят с катода и через электролит переходят на анод, а при разряде возвращаются обратно.
В разряженном безанодном натриевом аккумуляторе анод – это голый токоотвод, например, медная пластина. Когда аккумулятор заряжается, ионы натрия выходят из активного материала катода, проходят через электролит и осаждаются на аноде – прямо на поверхности медной пластины. При разряде натрий растворяется обратно в электролит, и анод снова становится голым.
🔋 Поскольку на аноде нет активного материала, аккумулятор получается легче, а значит, повышается удельная емкость – количество энергии, запасенной на единицу массы. Выигрыш в удельной энергии может достигать двукратного значения. Более того, в натриевых аккумуляторах в качестве токоотвода можно использовать не только медь, но и более дешевый алюминий, потому что натрий, в отличие от лития, не внедряется в алюминий.
💬«Безанодные натриевые аккумуляторы значительно проще и дешевле в сборке и изготовлении, потому что при их производстве нет операций по изготовлению интеркаляционных анодов. По той же причине упрощается утилизация отслуживших свой срок батарей», – поясняет зав. лабораторией процессов в химических источниках тока #ИФХЭ РАН, д.х.н. Татьяна Львовна Кулова.
⛔️ Одно из препятствий на пути к промышленному выпуску безанодных аккумуляторов – рост дендритов. Щелочной металл осаждается на токоотвод неравномерно, образуя древовидные наросты. Дендриты растут непредсказуемо и могут прорасти через сепаратор – разделительную мембрану между анодом и катодом. Тогда электроды замыкаются и аккумулятор выходит из строя.
Одним из способов борьбы с дендритами является замена жидкого электролита на твердый. Так как в твердотельном электролите контакт между поверхностями происходит не по всей площади, а лишь в отдельных точках, то это создает пустоты, приводит к неравномерному распределению плотности тока и, как следствие, способствует образованию дендритов. При этом из-за уменьшения активной площади поверхности возрастают плотность тока и межфазное сопротивление.
💬«
Модификация токоотвода сводится к приданию его поверхности так называемой натриефильности, –
объясняет г.н.с. лаборатории процессов в химических источниках тока #ИФХЭ РАН, д.х.н.
Александр Матвеевич Скундин
.
– На натриефильной поверхности натрий растекается и осаждается в виде сплошного слоя, а не в виде отдельных наростов
.
Для придания натриефильности на поверхность токоотвода можно наносить тончайшие слои висмута, сажи (или других углеродных наноматериалов). Кроме того, повышению натриефильности способствует развитие поверхности токоотвода, например, использование пеномеди вместо медной фольги
».
🚗🔋Исследования, которые ведутся сегодня в лабораториях, включая #ИФХЭ РАН, закладывают фундамент для аккумуляторов будущего – более доступных, безопасных и энергоемких. Можно ожидать, что будут производиться батареи, на которых автомобиль сможет проехать без подзарядки почти 1000 км.
Работа опубликована в двух дополняющих друг друга статьях в журналах 📕
Russian Journal of Electrochemistry, 2025, 61(12), 939–956 (DOI: 10.1134/S1023193525700272 ) и Batteries, 2025, 11(8), 292 (DOI: 10.3390/batteries11080292)
🔗 Подробнее на нашем сайте.
#ИФХЭ новости
