В ближайшие годы натрий-ионные батареи (NIB) потенциально могут стать отличной альтернативой существующим системам хранения энергии. Несмотря на свои преимущества, в том числе обилие натрия и потенциально длительный срок службы, эти батареи на основе натрия часто менее стабильны, чем батареи на основе лития, из-за нестабильности межфазной фазы твердого электролита (SEI), пассивирующего слоя, который образует на поверхности электродов после многократных циклов работы батареи.
Прошлые исследования показали, что в СИБ с катодом высокого напряжения SEI растворяется быстрее, чем в литий-ионных батареях (LIB). Это вызывает ряд побочных реакций, а также быстрое истощение электролита и необратимую потерю емкости, что резко снижает стабильность и производительность NIB.
Исследователи из Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории недавно разработали новый электролит, который снижает сольватирующую способность SEI на аноде батарей NIB, а также образует стабильный защитный слой для защиты катода. Этот электролит, представленный в статье, опубликованной в журнале Nature Energy , может позволить разработать высоковольтные натрий-ионные батареи , которые будут стабильными и надежными.
«Наша недавняя статья посвящена новому электролиту, который может стабилизировать анод в высоковольтной (4,2 В) натрий-ионной батарее и увеличить срок ее службы », — сказал Цзи-Гуан Чжан, один из исследователей, проводивших исследование, TechXplore. «Существующие электролиты обычно имеют короткий срок службы при использовании при напряжении более 4 В. Основная цель нашей работы состояла в том, чтобы позволить натрий-ионным батареям работать при более высоком напряжении и увеличить их плотность энергии».
Чтобы NIB сохранял свою стабильность с течением времени, аноду (то есть отрицательно заряженному электроду в батарее) внутри него требуется защитный слой, известный как SEI, с длительным жизненным циклом. Если этот слой растворится во время работы батареи, как это наблюдалось в прошлых исследованиях, производительность батареи резко снизится. Таким образом, чтобы преодолеть ограничения ранее разработанных NIB, Чжан и его коллеги решили разработать новый электролит, который продлит жизненный цикл SEI.
«Наш новый электролит подавляет растворение защитного слоя анода», — пояснил Чжан. «Электролит изготовлен из более стабильной соли (бис(фторсульфонил)имида натрия (NaFSI)) и растворителя с более низкой диэлектрической проницаемостью. В отличие от обычных электролитов, образующих защитный слой, богатый органическими компонентами и легко растворяющийся, новый электролит приводит к образованию защитного слоя, богатого неорганическими компонентами, поэтому он более стабилен при циклировании и хранении».
Исследователи протестировали свой электролит в полной ячейке HC||NaNMC и обнаружили, что он достиг замечательных результатов. В частности, элемент может сохранять более 90% своей емкости после 300 циклов при зарядке до 4,2 В. Эти результаты показывают, что электролит потенциально может позволить производить более стабильные и более эффективные решения для хранения энергии на основе натрия.
«Мы успешно уменьшили растворимость анодного защитного слоя и, таким образом, обеспечили долгосрочную работу высоковольтных натрий-ионных аккумуляторов», — добавил Чжан. «В наших следующих исследованиях мы планируем еще больше увеличить рабочее напряжение батарей на основе натрия и увеличить срок их службы».
