Литий-ионные батареи в настоящее время являются предпочтительной технологией для питания электромобилей, но они слишком дороги для долговременных систем хранения энергии в масштабе сети, а сам литий становится все более труднодоступным.

Хотя у лития есть много преимуществ — высокая плотность энергии и способность сочетаться с возобновляемыми источниками энергии для поддержки хранения энергии на уровне сети — цены на карбонат лития находятся на рекордно высоком уровне. Росту стоимости способствуют узкие места в цепочках поставок, связанные с пандемией, российско-украинский конфликт и повышенный спрос со стороны бизнеса. Кроме того, многие правительства не решаются дать зеленый свет литиевым рудникам из-за высоких экологических издержек и потенциальных нарушений прав человека.

Поскольку правительства и отрасли промышленности во всем мире стремятся найти варианты хранения энергии для обеспечения перехода к чистой энергии, новое исследование, проведенное в Университете Хьюстона и опубликованное в Nature Communications , предлагает технологию твердотельных натрий-серных батарей при температуре окружающей среды в качестве жизнеспособной альтернативы. к технологии аккумуляторов на основе лития для систем накопления энергии на уровне сети.

Ян Яо, профессор электротехники и вычислительной техники Каллена, и его коллеги разработали однородный стеклообразный электролит, который позволяет осуществлять обратимое натриевое покрытие и зачистку при большей плотности тока, чем это было возможно ранее.

«Поиск новых твердых электролитов для полностью твердых натриевых батарей должен одновременно быть дешевым, простым в изготовлении и иметь невероятную механическую и химическую стабильность», — сказал Яо, который также является главным исследователем Техасского центра сверхпроводимости в Университете Хьюстона. (ТкСУХ). «На сегодняшний день ни один твердый натриевый электролит не смог удовлетворить все четыре требования одновременно».

Исследователи обнаружили новую форму электролита из оксисульфидного стекла, которая может удовлетворить все эти требования одновременно. Для создания электролитов при комнатной температуре использовался высокоэнергетический процесс шаровой мельницы .

«Оксисульфидное стекло имеет отчетливую микроструктуру, в результате чего получается полностью однородная структура стекла», — сказал Е Чжан, научный сотрудник группы Яо. «На границе между металлическим натрием и электролитом твердый электролит образует самопассивирующуюся межфазную границу, которая необходима для обратимого покрытия и удаления натрия».

Оказалось трудным добиться стабильного покрытия и удаления металлического натрия с использованием сульфидного электролита.

«Наше исследование опровергло это представление, установив не только самую высокую критическую плотность тока среди всех твердых электролитов на основе сульфидов, проводящих ионы натрия, но и позволив создать высокоэффективные натрий-серные батареи, работающие при температуре окружающей среды », — пояснил Яо.

«Новые структурные и композиционные стратегии проектирования, представленные в этой работе, представляют собой новую парадигму в разработке безопасных, недорогих, энергоемких и долговечных твердотельных натриевых батарей», — добавил Чжан.