Как улучшить натрий-ионные аккумуляторы
Jan. 31st, 2014 01:28 am![[personal profile]](https://www.dreamwidth.org/img/silk/identity/user.png){kind=small}
donmigel_62Как улучшить натрий-ионные аккумуляторы
Американские исследователи предложили новую технологию изготовления электродов на основе гибкого материала, состоящего из слоя дисульфида молибдена и покрывающих его графеновых нанолистов.
Натрий-ионные аккумуляторы в будущем могут стать альтернативой широко распространённым сегодня литий-ионным батареям: источники питания нового типа обеспечат значительно бóльшую ёмкость — а значит, и увеличенное время автономной работы потребителей.
Увы, сегодня эта технология требует доработок, несмотря на заметный прогресс. Дело в том, что диаметр иона натрия равен 1,02 Å, а иона лития — 0,59 Å. Поскольку в процессе зарядки-разрядки ионы должны входить и выходить из удерживающих их структур аккумулятора, более крупные ионы провоцируют быструю деградацию батарей.
Об очередных достижениях в создании натрий-ионных элементов отрапортовали исследователи из Университета штата Канзас (США).
Доцент кафедры машиностроения и ядерной техники Гарприт Сингх (Gurpreet Singh) впервые показал, что особый композитный материал может служить одновременно эффективным хранилищем атомов натрия и гибким токоприёмником. Разработка представляет собой «бутерброд» из слоя дисульфида молибдена, сверху и снизу которого расположены графеновые нанолисты. Такая «композитная бумага» может играть роль отрицательного электрода в натрий-ионных аккумуляторах.
Увы, сегодня эта технология требует доработок, несмотря на заметный прогресс. Дело в том, что диаметр иона натрия равен 1,02 Å, а иона лития — 0,59 Å. Поскольку в процессе зарядки-разрядки ионы должны входить и выходить из удерживающих их структур аккумулятора, более крупные ионы провоцируют быструю деградацию батарей.
Об очередных достижениях в создании натрий-ионных элементов отрапортовали исследователи из Университета штата Канзас (США).
Структура нового композитного материала (здесь и ниже изображения Университета штата Канзас).
Доцент кафедры машиностроения и ядерной техники Гарприт Сингх (Gurpreet Singh) впервые показал, что особый композитный материал может служить одновременно эффективным хранилищем атомов натрия и гибким токоприёмником. Разработка представляет собой «бутерброд» из слоя дисульфида молибдена, сверху и снизу которого расположены графеновые нанолисты. Такая «композитная бумага» может играть роль отрицательного электрода в натрий-ионных аккумуляторах.
Обычно катоды в натрий-ионных батареях используют материалы, которые вступают в реакцию «сплавления» с натрием. В результате при зарядке и разрядке их толщина способна возрастать на 400–500%, что может стать причиной механического повреждения элемента и потери электрического контакта.
Дисульфид молибдена ведёт себя в натрий-ионных аккумуляторах иначе: многослойная и пористая структура обеспечивает эффективные диффузные каналы для ионов натрия во время быстрого накопления и отдачи заряда ячейками. Кроме того, отпадает необходимость в использовании полимерного связующего вещества и медной фольги, которые являются частью традиционных электродов. При этом электроды нового типа дают стабильную зарядную ёмкость в 230 мА•ч/г.
В ходе исследований команда г-на Сингха сформировала листы «композитной бумаги» довольно большой площади, состоящие из обработанного кислотой слоя дисульфида молибдена и химически модернизированных слоёв графена. При этом впервые удалось продемонстрировать работоспособность электродов на основе этого материала при комнатных температурах.
Предполагается, что в перспективе достижение приведёт к разработке эффективной технологии производства недорогих натрий-ионных батарей высокой ёмкости. Исследователи уже ведут переговоры о коммерциализации методики.
Результаты работы опубликованы в журнале ACS-NANO.
Подготовлено по материалам Университета штата Канзас.
Владимир Парамонов
Дисульфид молибдена ведёт себя в натрий-ионных аккумуляторах иначе: многослойная и пористая структура обеспечивает эффективные диффузные каналы для ионов натрия во время быстрого накопления и отдачи заряда ячейками. Кроме того, отпадает необходимость в использовании полимерного связующего вещества и медной фольги, которые являются частью традиционных электродов. При этом электроды нового типа дают стабильную зарядную ёмкость в 230 мА•ч/г.
В ходе исследований команда г-на Сингха сформировала листы «композитной бумаги» довольно большой площади, состоящие из обработанного кислотой слоя дисульфида молибдена и химически модернизированных слоёв графена. При этом впервые удалось продемонстрировать работоспособность электродов на основе этого материала при комнатных температурах.
Предполагается, что в перспективе достижение приведёт к разработке эффективной технологии производства недорогих натрий-ионных батарей высокой ёмкости. Исследователи уже ведут переговоры о коммерциализации методики.
Результаты работы опубликованы в журнале ACS-NANO.
Подготовлено по материалам Университета штата Канзас.
Владимир Парамонов