Стабильный анод для натрий-ионных аккумуляторов?

В качестве возможного натрий-ионного анода для таких батарей ученые-материаловеды из Университета Циндао использовали диоксид титана и графит для создания стабильной структуры, не изменяющейся после 2000 циклов.

«Исследователи обнаружили, что батарея показала обратимую удельную емкость 228 мАч/г при плотности тока 0,05 А/г со 100-процентным сохранением емкости после 2000 циклов при 1 А/г», — говорится в сообщении университета. «Полная монетная ячейка, собранная с Na₃В₂(ПО₄)₃ поскольку катод обеспечивает плотность энергии 220 Втч/кг».

В качестве сырья команда выбрала форму TiO.₂ известный как «анатаз», кристаллическая структура которого является пористой для Na⁺ ионов из-за наличия двумерных каналов.

Однако, по словам профессора Циндао Сю Сун Чжао, анатаз имеет плохую электронную проводимость, и скорость диффузии ионов могла бы быть лучше.

Ответ, общий для большинства конструкций аккумуляторных электродов, заключается в увеличении относительной площади поверхности материала за счет использования микроскопических частиц, прочно удерживаемых в высокопористой проводящей матрице.

Подход Чжао к этой цели заключался в использовании золь-гелевой химии для синтеза губчатого термостабильного анатаза, покрытого углеродом.

Здесь важна термическая стабильность, поскольку температура может изменить кристаллическую структуру анатаза на другие формы TiO.₂ менее способны накапливать ионы натрия. Команда из Циндао заявила, что их анодный материал стабилен до 750°C.

«Эта работа подготовила анатаз со специальной структурой для улучшения электронной проводимости и кинетики диффузии ионов», — сказал Чжао. Он «предлагает метод синтеза высокоэффективных анодных материалов на основе диоксида титана и идеи для изучения механизма накопления анатаза».

Работа описана в ‘Свойства хранения ионов натрия термостабильного анатаза‘, опубликованный в журнале Energy Material Advances.