Натриевые батареи из мочевины: сингапурские ученые нашли способ не взлететь в воздух

Твердый электролит в производстве аккумуляторов. Источник: AI

Пока мир пытается решить проблему дефицита лития, натрий-ионные аккумуляторы оставались в тени из-за своей «взрывоопасной» натуры и короткого срока службы. Однако исследователи из Национального университета Сингапура (National University of Singapore) решили изменить правила игры, используя для стабилизации батарей материал, который можно получить из обычной мочевины.

Проблема дендритов и жидкого топлива

Главная претензия к современным натриевым накопителям энергии — это их внутренняя архитектура. Большинство из них используют жидкие электролиты, которые прекрасно горят при любом удобном случае. Переход на твердотельные версии казался логичным шагом, но тут возникла другая беда: плохая проводимость и образование дендритов. Это микроскопические металлические «иглы», которые вырастают при зарядке, пробивают внутренние слои устройства и вызывают короткое замыкание.

Сингапурские ученые интегрировали в полимерный электролит ультратонкие листы графитового нитрида углерода. Этот материал действует как своеобразный дорожный регулятор для ионов, заставляя их двигаться быстрее и упорядоченно. Результат — проводимость возросла вдвое, а рост опасных дендритов фактически прекратился. Это делает такую архитектуру значительно безопаснее традиционных «жидких» аналогов.

Восемь раз дольше, чем обычно

Цифры в отчетах исследователей выглядят убедительно. Если обычная натриевая батарея в тестовых условиях начинала сдавать позиции уже через 250 часов, то модифицированная версия с графитовой добавкой спокойно работает более 2000 часов без каких-либо признаков деградации. Для пользователя это означает, что устройство не просто прослужит дольше, но и сохранит свою эффективность в первые же месяцы эксплуатации.

Собранные прототипы прошли через 500 циклов заряда и разряда, сохранив при этом около 95% своей начальной емкости. Это критически важный показатель для коммерческого успеха, ведь ранее натриевые решения проигрывали литию именно в долговечности. Кроме того, использование твердого электролита сделало аккумуляторы более устойчивыми к механическим повреждениям — теперь их сложнее повредить при случайном ударе или падении.

Почему это важно для рынка

Натрий в сотни раз дешевле лития и встречается повсеместно. Если технология «усмирения» этого металла с помощью дешевых добавок вроде нитрида углерода выйдет на массовый рынок, мы получим существенное удешевление систем хранения энергии. Это касается как электромобилей, так и крупных промышленных накопителей для солнечных и ветровых станций. Похоже, будущее энергетики действительно может зависеть от таких прозаичных вещей, как производные мочевины и графита.

Пока ученые работают над стабильностью источников питания, сама планета тоже подкидывает сюрпризы — из-за изменений климата Земля начала вращаться медленнее, что влияет на продолжительность нашего дня.