Аргументи на користь твердовуглецевих натрій-іонних акумуляторів
Натрій-іонні акумулятори привертають значну увагу завдяки своїм перевагам над широко розповсюдженою літій-іонною технологією, зокрема дешевій сировині, підвищеній безпеці, можливості швидкого заряджання та низькотемпературним характеристикам. Оскільки технологія знаходиться на порозі комерціалізації, триває пошук електродних матеріалів з високими електрохімічними характеристиками, і твердий вуглець стає найбільш перспективним анодним матеріалом.
У новій науковій статті, авторами якої є вчені з Університету Фучжоу в Китаї та Університету Макао, узагальнено виклики, а також перспективи майбутнього твердого вуглецю.
Дослідники зазначають, що комерціалізація твердого вуглецю все ще стикається з технічними проблемами, пов’язаними з низькою початковою кулонівською ефективністю, низькими швидкісними характеристиками та недостатньою циклічною стабільністю, що пов’язано з нерегулярною мікроструктурою твердого вуглецю.
“Для вирішення цих проблем раціональний дизайн мікроструктури твердого вуглецю має вирішальне значення для досягнення високоефективних натрій-іонних акумуляторів шляхом отримання глибокого розуміння кореляцій між його структурою і продуктивністю”, – пишуть вони.
Крім того, в огляді розглядається низка наукових досліджень, спричинених появою твердих вуглецевих електродів, які охоплюють механізм накопичення натрію на твердих вуглецевих електродах, вибір прекурсорів твердого вуглецю, інженерію підбору електролітів та вимоги до практичної комерційної інженерії.
Дослідники підкреслюють важливість вибору прекурсорів, оскільки більшість прекурсорів для електродів з твердого вуглецю отримують з біомаси та похідних промислових продуктів, таких як целюлоза, листя гінкго, глюкоза, бавовна, смола, сахароза або глюкоза. “Вибір недорогих, масштабованих прекурсорів став ключовим фактором, що впливає на комерціалізацію твердого вуглецю”, – пишуть вони.
В огляді також розглядаються різні механізми зберігання натрію, такі як модель введення-наповнення нанопори, модель поглинання-введення, модель поглинання-наповнення нанопори або модель поглинання-введення-наповнення нанопори, які можуть давати матеріали з твердого вуглецю з різними властивостями.
Крім того, дослідники підкреслюють важливість поєднання твердого вуглецевого електрода з правильним електролітом як важливого фактора для електрохімічних характеристик акумуляторів. Вони зазначають, що естерні електроліти погано поєднуються з твердим вуглецем, і тому пошук високовольтних естерних електролітів повинен бути пріоритетним.
“У майбутньому визначення того, як створити високоефективний твердий вуглець для практичного комерційного застосування натрій-іонних акумуляторів, має вирішальне значення, і це вимагатиме глибокого розуміння реального механізму зберігання натрій-іонів, підготовки твердого вуглецю та вибору прекурсорів, а також регулювання електроліту”, – пишуть дослідники.
Нарешті, в статті висвітлюються напрямки майбутнього розвитку твердого вуглецю для досягнення комерціалізації високопродуктивних натрій-іонних акумуляторів.
Це включає подальше вивчення механізму накопичення натрію в твердому вуглеці для поліпшення електрохімічних характеристик електродів з твердого вуглецю, подальше поліпшення їх електрохімічних характеристик, розробку матеріалів-прекурсорів з низькою вартістю, низьким енергоспоживанням і високим виходом вуглецю, а також матеріалів, отриманих з промислових відходів, а також попередню обробку, яка може забезпечити високу кулонівську ефективність і оптимізувати густину енергії батареї.
Хоча поява електродів з твердого вуглецю дійсно сприяла комерціалізації натрій-іонних акумуляторів, для того, щоб комерціалізація стала реальністю, потрібно ще багато працювати