Исследования проводит Институт неорганической химии имени А. В. Николаева Российской академии наук (РАН). Новые материалы позволят использовать аккумуляторы в холодных климатических условиях, где из-за низкой температуры ухудшается перенос заряда и замедляется работа батарей.
Натрий-ионные аккумуляторы дешевле литий-ионных, поскольку натрий встречается в природе чаще, но их производительность нуждается в улучшении, особенно при экстремальных температурах. В рамках проекта, ученые разработали гибридные материалы, способные работать и с литием, и с натрием, сохраняя стабильные показатели при температурных перепадах.
Основной упор сделан на материалы на основе дисульфида молибдена, который продемонстрировал отличные результаты при комнатной температуре. Этот материал позволяет создавать аноды для литий-ионных аккумуляторов, обеспечивая емкость до 1000 мАч/г, и для натрий-ионных аккумуляторов — порядка 300−400 мАч/г. Чтобы повысить эффективность при низких температурах, ученые разработали методику синтеза, предполагающую быстрое нагревание исходных веществ, для лучшей интеркаляции ионов лития и натрия.
Анна Ворфоломеева, сотрудник РАН, отметила, что для проверки новых материалов ученые проводят комплексные исследования: сначала тестируют морфологию, состав, структуру и электронное состояние материала, затем проверяют его работу в макетах литий- и натрий-ионных аккумуляторов. Испытания начинаются при комнатной температуре, после чего температурный режим понижается до +10°C, 0 и −20°C. Если материал демонстрирует плохую эффективность при комнатной температуре, то тестирование при более низких значениях нецелесообразно.
Ученые особое внимание уделяют электролиту, так как его свойства зависят от температуры. При низких температурах традиционные электролиты замерзают, снижая эффективность зарядки. Путем подбора оптимального состава электролитов удалось добиться высоких уровней емкости даже при температуре −20°C: 80% сохранения емкости для литий-ионных и 60% для натрий-ионных аккумуляторов.
По словам Ворфоломеевой, исследования пока проводятся до −20°C, но планируется понижение температурного предела. Читайте также нашу статью об уникальных долгоживущих батареях с рекордной емкостью.