Američtí vědci zdvojnásobili životnost sodíkových baterií: Vydrží 500 cyklů s 80% kapacitou

Vědci z Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) vyvinuli nový meta-slabě solvatující elektrolyt, který umožňuje stabilní provoz vysokonapěťových sodíko-iontových baterií.

Vědci z Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) vyvinuli nový meta-slabě solvatující elektrolyt, který umožňuje stabilní provoz vysokonapěťových sodíko-iontových baterií. Vzhledem k tomu, že sodík je hojně dostupný prvek a sdílí podobnou chemii s lithiem, jsou sodíko-iontové baterie (SIB) považovány za slibnou technologii pro příští generaci ukládání energie.

Při laboratorních testech si plné články s tímto elektrolytem udržely 80 procent své počáteční kapacity i po 500 cyklech. Tato úroveň výkonu výrazně překonává standardní referenční zařízení, která obvykle dosahují podobné úrovně degradace po 100 až 300 cyklech. Elektrochemické testování probíhalo při konstantní teplotě 30 stupňů Celsia za použití solí hexafluorofosfátu sodného a bis(fluorosulfonyl)imidu sodného.

Konvenční elektrolyty baterií jsou navrženy tak, aby silně solvatovaly kovové ionty a pomáhaly jim v pohybu kapalinou. Tento proces však vytváří stabilní iontovo-rozpouštědlovou vrstvu, kterou je obtížné rozbít, když se iont dostane k povrchu elektrody. Pokud se tato vrstva správně neodpojí, molekuly elektrolytu jsou často vtahovány do nežádoucích vedlejších reakcí na rozhraní, což vede k postupné degradaci materiálů bateriového článku v průběhu času.

Nový design z PNNL využívá střední solvatační strukturu, kde jsou sodíkové ionty méně pevně vázány na molekuly rozpouštědla. Vědci zjistili, že nahrazení konvenčních nerozpouštějících ředidel slabě solvatujícím tris(2,2,2-trifluoroethyl) fosfátem (TFP) řeší tato omezení a zároveň udržuje prostředí bohaté na anionty kolem sodíkových iontů. Post-cyklická analýza po 50 cyklech ukázala, že nová formulace elektrolytu zlepšila vysokonapěťovou stabilitu rozhraní a snížila svodový proud při použití s katodami z oxidu sodno-nikl-mangan-železitého a tvrdými uhlíkovými anodami. Podle hlavního autora výzkumu, An L. Phana, tato strategie reguluje solvatační strukturu sodíku, aby usnadnila příznivé reakce a potlačila nežádoucí, což vede ke snížení nevratných ztrát materiálu a zlepšení elektrochemické stability během prodlouženého cyklování.