Китайские исследователи разработали высоковольтную натрий–серную батарею, которая может составить конкуренцию литиевым батареям

      Группа исследователей в Китае только что приоткрыла занавес над новой конструкцией натрий‑серной батареи, которая может коренным образом изменить правила игры в хранении энергии. Опираясь на ту самую химию, которая исторически доставляла инженерам массу проблем, они сумели создать элемент, чрезвычайно дешёвый в производстве, но обладающий огромной энергетической отдачей.

      Конструкция, которая в настоящее время испытывается в лаборатории, использует очень дешёвые компоненты: сера, натрий, алюминий и электролит на хлорной основе. На ранних испытаниях батарея достигла плотности энергии свыше 2000 ватт‑часов на килограмм — показателя, который с лихвой превосходит современные натрий‑ионные батареи и даже составляет конкуренцию лучшим литий‑ионным элементам.

      Сера всегда была «белым китом» в батарейных технологиях, потому что теоретически она может хранить огромное количество энергии.

      В чём проблема? В стандартных литий‑серных батареях сера склонна образовывать грязные химические побочные продукты, которые забивают систему и убивают ресурс батареи. Новый подход меняет всё. Вместо того чтобы заставлять серу только принимать электроны, исследователи устроили систему, в которой сера фактически их отдаёт.

      Unsplash

      Это работает так: батарея использует чистый серный катод и простой кусок алюминиевой фольги в качестве анода. Секретный ингредиент — электролит, представляющий собой смесь хлоридa алюминия, натриевых солей и хлора. При разряде батареи атомы серы на катоде отдают электроны и реагируют с хлором с образованием хлоридов серы. Тем временем ионы натрия захватывают эти электроны и осаждаются на алюминиевой фольге.

      Этот специфический химический «танец» обходит проблемы деградации, которые обычно преследуют серные батареи. Пористый углеродный слой удерживает реактивные вещества в пределах, а стекловолоконный сепаратор предотвращает короткое замыкание. Это сложная реакция, но команда доказала, что она протекает плавно и обратимо.

      Показатели долговечности здесь впечатляют.

      Тестовые элементы выдержали 1 400 циклов заряда‑разряда, прежде чем начали терять значительную ёмкость. Ещё более удивителен срок хранения: после простоя более года батарея по‑прежнему сохраняла 95 процентов заряда. Это огромное преимущество для проектов длительного хранения, где батареи могут простаивать неделями или месяцами.

      Unsplash

      Но настоящим прорывом является цена. Исходя из стоимости сырья, исследователи оценивают, что такая батарея может стоить примерно 5 долларов за киловатт‑час. Для сравнения: это менее чем десятая часть стоимости многих современных натриевых батарей и намного дешевле литий‑ионных. Если удастся наладить массовое производство, это может сделать хранение возобновляемой энергии в сети чрезвычайно дешёвым.

      Конечно, есть оговорка. Электролит, богатый хлором, который они используют, коррозионно агрессивен и требует осторожного обращения. Кроме того, эти цифры получены в лабораторных испытаниях и основаны на массе активных материалов, а не на полностью упакованной коммерческой ячейке. Перевод этой технологии из колбы на заводской конвейер станет серьёзной инженерной задачей.

      Тем не менее это исследование — громкий сигнал тревоги. Оно доказывает, что когда стандартные материалы, такие как литий, становятся слишком дорогими или дефицитными, креативный подход с «нетрадиционной» химией может открыть двери, о которых мы даже не подозревали.