Твердотельные натриевые батареи являются перспективной альтернативой литиевым батареям.

Текущие исследования показывают, что натрий является жизнеспособной альтернативой для аккумуляторов, что является важным шагом на пути к решению проблемы его дефицита и воздействия на окружающую среду.

Báo Khoa học và Đời sống•06/10/2025

Исследователи разработали полностью твердотельный натриевый аккумулятор, сохраняющий работоспособность при отрицательных температурах. Разработанный исследователями из Калифорнийского университета в Сан-Диего, этот аккумулятор может заменить литиевые устройства.

Исследователи также выяснили, что натрий является дешевой, распространенной и менее вредной альтернативой, однако полностью твердотельные батареи, которые они в настоящее время создают, плохо работают при комнатной температуре.

ucsd-jacobsschool-2407-meng-lab-deysher-grayson-06232-8mp-1380px.jpg — Исследованием руководила профессор Й. Ширли Мэн из Притцкеровской школы молекулярной инженерии Чикагского университета.

Инженеры нагрели полустабильную форму гидридобората натрия до точки начала кристаллизации, а затем быстро охладили её для кинетической стабилизации кристаллической структуры. Это широко распространённый метод, но ранее никогда не применявшийся к твёрдым электролитам.

Исследователи утверждают, что такое знакомство может помочь в будущем превратить эту лабораторную инновацию в реальный продукт.

«Дело не в натрии или литии, нам нужны оба», — заявила профессор Й. Ширли Мэн из Школы молекулярной инженерии имени Притцкера Чикагского университета (UChicago PME, США). «Размышляя о будущих решениях для хранения энергии, мы должны представить себе тот же гигантский завод, способный производить продукцию как на основе лития, так и натрия. Это новое исследование приближает нас к этой конечной цели, одновременно развивая фундаментальную науку ».

Группа ученых также отмечает, что химия натрия интересна, однако твердый электролит натрия демонстрирует ограниченную ионную проводимость при комнатной температуре.

Работа группы из Калифорнийского университета в Сан-Диего объединяет вычислительные и экспериментальные данные для оценки метастабильной природы гидридобората натрия и демонстрирует, что быстрое охлаждение из режима кристаллизации блокирует динамику орторомбической фазы с быстрой миграцией Na+.

Твердотельные натриевые батареи дают надежду на менее вредное для окружающей среды энергетическое решение.

Исследователи отмечают, что в сочетании с катодом, покрытым твердым электролитом на основе хлорида, эта сверхстабильная фаза позволяет создавать плотные композитные катоды с высокой площадью нагрузки, которые сохраняют производительность при отрицательных температурах.

«Поскольку основной принцип заключается в кинетической стабилизации анионного каркаса, способствующего диффузии, этот подход применим к родственным гидридоборатам и другим анионным кластерным химам. Эта работа предлагает практическую стратегию проектирования и рекомендации по обработке высокопроизводительных твёрдых электролитов», — сообщает группа.

Соавтор Сэм О из Института исследования и инженерии материалов A*STAR в Сингапуре заявил, что исследование помогает поставить натрий в более равные условия с литием с точки зрения электрохимических характеристик.

«Наш прорыв заключается в том, что мы фактически стабилизируем полустабильную структуру, о которой ранее не сообщалось. Эта полустабильная структура гидридобората натрия обладает очень высокой ионной проводимостью, как минимум на порядок превышающей ионную проводимость, описанную в литературе, и на три-четыре порядка превышающей ионную проводимость самого прекурсора».

Это исследование открывает перспективу использования гораздо более дешёвого и доступного сырья, чем литий. Многие годы, наряду с развитием портативных цифровых устройств, человечеству приходилось идти на огромные экологические компромиссы при добыче и переработке лития.