Почти бесконечный заряд: Китай создал батарею, способную изменить энергетику
Китайские исследователи сообщили о разработке принципиально нового типа аккумуляторов — натриево-серных. По мнению экспертов, эта технология способна всерьёз потеснить классические литий-ионные батареи, которые сегодня используются практически во всей электронике — от смартфонов до электромобилей. О перспективной разработке сообщает портал Digital Trends.
Главное, что сразу привлекает внимание, — сочетание экстремально низкой себестоимости и рекордных энергетических характеристик. Новый аккумулятор не только дешёвый, но и потенциально гораздо безопаснее литиевых аналогов, известных своей склонностью к возгораниям и взрывам.
Рекордная плотность энергии
Разработка пока находится на стадии лабораторных испытаний, однако даже первые результаты выглядят впечатляюще. Плотность энергии натриево-серной батареи превысила 2000 Вт·ч на килограмм массы. Для сравнения, большинство современных литий-ионных аккумуляторов имеют плотность энергии в диапазоне от 100 до 300 Вт·ч/кг в зависимости от химического состава.
Фактически это означает, что при одинаковом весе новая батарея может хранить в несколько раз больше энергии, чем привычные источники питания, используемые сегодня.
По цене пачки макарон
Одним из ключевых преимуществ технологии является её дешевизна. В конструкции аккумулятора отсутствуют редкие и дорогие элементы. В основе — натрий и сера, два чрезвычайно распространённых и доступных вещества. Помимо них используются алюминий и хлор, входящий в состав электролита.
По расчётам разработчиков, стоимость хранения энергии в такой батарее может составить около 5 долларов за киловатт-час. Это в разы дешевле как литий-ионных, так и большинства существующих натриевых аккумуляторов. При масштабировании производства такая цена способна кардинально изменить экономику возобновляемой энергетики и систем накопления энергии.
Почему серу не использовали раньше
Сера давно известна учёным как материал с огромным потенциалом для хранения энергии. Эксперименты с серосодержащими аккумуляторами проводились в разных странах, однако до сих пор такие батареи не получили широкого распространения.
Основная проблема заключалась в деградации: в классических литий-серных аккумуляторах сера образует побочные химические соединения, которые быстро разрушают батарею и сокращают срок её службы.
Китайские исследователи подошли к вопросу с другой стороны. Вместо того чтобы заставлять серу лишь принимать электроны, они разработали систему, в которой сера во время разрядки активно отдаёт их, что принципиально меняет ход реакции.
Как устроена новая батарея
В новой конструкции сера используется в качестве катода, а анодом служит алюминий — в лабораторных образцах это обычная алюминиевая пищевая фольга. Ключевую роль играет электролит — сложная смесь солей натрия, хлорида алюминия и хлора.
Во время разрядки атомы серы на катоде отдают электроны и вступают в реакцию с хлором, образуя хлорид серы. Электроны захватываются ионами натрия, которые осаждаются на алюминиевом аноде. Такая схема позволила сделать реакцию плавной и обратимой, устранив главную причину быстрой деградации серных аккумуляторов.
Дополнительно внутри батареи используется пористый углеродный слой, удерживающий реакционноспособные вещества, а также стекловолоконный сепаратор, предотвращающий короткие замыкания.
Аккумулятор-долгожитель
Ещё одно важное преимущество — высокая долговечность. Даже лабораторные образцы выдержали около 1400 циклов зарядки-разрядки до заметной потери ёмкости. Для сравнения, обычные литий-ионные батареи обычно рассчитаны на 300–1000 циклов.
Да, существуют более живучие литиевые аккумуляторы, например литий-железо-фосфатные, способные выдерживать до нескольких тысяч циклов. Однако они редко используются в мобильной электронике и чаще применяются в электротранспорте и стационарных системах хранения энергии.
Кроме того, натриево-серные батареи отлично держат заряд. После более чем года простоя они сохраняли до 95% первоначальной ёмкости, что особенно важно для долгосрочных систем накопления энергии.
Ложка дёгтя
Несмотря на внушительный список плюсов, без недостатков не обошлось. Электролит содержит большое количество хлора и обладает высокой коррозионной активностью, что усложняет его безопасное использование и требует дополнительных инженерных решений.
Также все приведённые характеристики получены в лабораторных условиях. В реальных устройствах показатели могут отличаться, а до промышленного производства ещё предстоит пройти долгий путь. Сроки коммерциализации технологии разработчики пока не называют.
Тем не менее, если заявленные характеристики подтвердятся в серийных образцах, натриево-серные батареи могут стать одним из самых значимых прорывов в сфере хранения энергии за последние десятилетия.