Российские ученые нашли перспективный твердый электролит для натрий-ионных батарей — оксофторид ниобия-натрия. Его главное преимущество — возможность синтеза на воздухе, что резко удешевляет производство, хотя пока требуется доработка для устранения примесей. Об этом Науке Mail сообщили в пресс-службе Минобрнауки России.
В исследовании приняли участие сотрудники нескольких учреждений Российской академии наук (Кольский научный центр, Института химии твердого тела и механохимии, ФИЦ проблем химической физики и медицинской химии), а также Московского государственного и Самарского государственного медицинского университетов.
Натрий-ионные аккумуляторы представляют собой значительно более дешевую альтернативу литий-ионным. Однако в плане эффективности они пока отстают от литиевых, поэтому ученые продолжают искать наиболее производительные материалы и составы.
Компьютерное моделирование на суперкомпьютере «Цеолит» и квантово-химические расчеты показали: Na₂NbOF₅ обладает сверхбыстрой ионной проводимостью при комнатной температуре. При этом материал — диэлектрик, он не проводит электроны, а значит, в аккумуляторе не будет коротких замыканий. Кроме того, его можно синтезировать в атмосфере обычного воздуха, в отличие от многих других твердых электролитов, которые требуют дорогих герметичных боксов с аргоном.
Однако в лаборатории возникли трудности. При гидротермальном синтезе в порошке оставалось около 12% примеси фторида натрия. Она не проводит ионы и мешает движению натрия. А при нагреве для спекания примесь вступала в реакцию с влагой и выделяла токсичный фтороводород. Материал разрушался, и получить прочную керамику традиционным обжигом не удалось.
Ученые спрессовали порошок «холодным» методом при комнатной температуре. Реальная проводимость оказалась ниже теоретической — в тысячи раз. Но исследователи считают, что это лишь нижняя граница. Даже в таком состоянии материал показывает результаты, сравнимые с другими твердыми электролитами, которые измеряли в идеальных условиях.
Авторы предлагают два пути. Первый — использовать Na₂NbOF₅ как наполнитель в полимерных электролитах. Полимеры не требуют обжига, а твердые частицы создают каналы для ионов. Второй — доработать синтез, удалить примесь и применить искровое плазменное спекание. Оно уплотняет керамику за секунды, не давая материалу разрушиться.
Ранее Наука Mail писала о том, что ученые МФТИ создали аккумулятор, которому не страшен перегрев.