Металл из алюминиевых банок позволит создать недорогие аккумуляторы для энергосистем с высокой удельной ёмкостью и минимальным износом за 2500 циклов зарядки

Исследователи из Китая разработали способ продлить срок службы натрий-серных аккумуляторов с помощью алюминия — доступного и широко распространённого металла. Изменив атомную структуру катализатора, они подавили один из основных процессов, вызывающих деградацию батарей.

Исследование провела группа Китайской академии наук под руководством профессоров Ван Хуэя и Чжэн Фанцая из Лаборатории сильных магнитных полей в Хэфэе. Обычно отдельные атомы алюминия в катализаторе окружены четырьмя атомами кислорода. Учёные заменили один из них атомом азота и получили асимметричную структуру Al–O₃N.

Это изменение повлияло на распределение электронов вокруг атома алюминия и усилило взаимодействие катализатора с соединениями серы внутри аккумулятора. В результате удалось ограничить перемещение растворимых полисульфидов натрия между электродами. Данный процесс, известный как «эффект челночного переноса», вызывает потерю активного материала и постепенное снижение характеристик батареи. Новый катализатор удерживает полисульфиды в нужной зоне и одновременно ускоряет электрохимические реакции.

В ходе лабораторных испытаний натрий-серный аккумулятор с новым катализатором достиг удельной ёмкости 1196 мА·ч/г после 100 циклов зарядки и разрядки. Даже после 2500 циклов снижение производительности оставалось незначительным и составляло всего 0,017% за цикл. По словам исследователей, такая стабильность позволяет алюминиевому катализатору соперничать с материалами на основе значительно более дорогих металлов.

Натрий-серные аккумуляторы считаются перспективным и потенциально недорогим решением для хранения энергии в крупных энергосистемах. Натрий и сера доступны в больших количествах, но быстрая деградация батарей долгое время препятствовала практическому применению технологии. Новая разработка показывает, что повысить эффективность катализатора можно не только с помощью редких металлов, но и благодаря точному изменению окружения атомов распространённых элементов.

Пока результаты получены только в лаборатории. Прежде чем такие аккумуляторы смогут выпускать серийно и использовать в крупных системах хранения энергии, технологию предстоит дополнительно проверить.