Натрий-серные аккумуляторы получили новый алюминиевый катализатор

Исследователи из Китайской академии наук нашли инновационный способ значительно повысить долговечность и эффективность натрий-серных аккумуляторов. Используя доступный и дешевый алюминий, ученые смогли успешно подавить главный механизм деградации таких батарей в лабораторных условиях.

• Создан новый катализатор на основе алюминия с асимметричной структурой Al–O₃N.
• Успешно подавлен «эффект челночного переноса» полисульфидов натрия между электродами.
• Аккумулятор показал удельную емкость 1196 мА·ч/г после 100 циклов и стабильность после 2500 циклов.
• Разработка открывает путь к дешевым накопителям энергии для крупных энергосистем.

Новая атомная структура катализатора

Работу провела группа специалистов под руководством профессоров Ван Хуэя и Чжэн Фанцая из Лаборатории сильных магнитных полей в Хэфэе. В традиционных катализаторах отдельные атомы алюминия окружены четырьмя атомами кислорода, однако исследователи заменили один из них атомом азота. Это позволило получить асимметричную конфигурацию Al–O₃N, которая кардинально меняет свойства материала.

Подобная перестройка полностью изменила распределение электронов вокруг атома алюминия, существенно усилила взаимодействие катализатора с соединениями серы внутри аккумулятора. Главным достижением стало подавление переноса растворимых полисульфидов натрия между электродами. Данный деструктивный процесс, известный как «эффект челночного переноса», обычно приводит к быстрой потере активного материала и деградации батареи.

Результаты лабораторных испытаний и характеристики

В ходе проведенных тестов натрий-серный аккумулятор с модернизированным катализатором продемонстрировал впечатляющие показатели. Удельная емкость устройства составила 1196 мА·ч/г после прохождения 100 циклов зарядки и разрядки. При этом даже после 2500 циклов падение производительности оказалось минимальным и составляло всего 0,017% за один цикл.

По словам авторов исследования, достигнутая стабильность позволяет разработанному алюминиевому катализатору успешно конкурировать с дорогостоящими материалами на основе редких металлов. Натрий и сера сами по себе являются доступными и распространенными компонентами, однако именно проблема быстрой деградации долгое время сдерживала их массовое практическое применение.

Перспективы для масштабных систем хранения энергии

Натрий-серные батареи традиционно рассматриваются экспертами как перспективный, экономически выгодный вариант для создания крупных стационарных систем хранения энергии. Новая технология доказывает, что повышение эффективности катализатора возможно не только через использование редких и дорогих элементов, но и за счет точной настройки атомного окружения доступных металлов.

Несмотря на выдающиеся результаты лабораторных тестов, технология находится на начальной стадии. До организации серийного производства и внедрения таких аккумуляторов в реальные масштабные энергосистемы ученым и инженерам предстоит провести еще множество дополнительных проверок и испытаний.