Натрият (Na), който е над 500 пъти по-разпространен от лития (Li), напоследък привлича значително внимание заради потенциала си в технологиите за натриево-йонни батерии. Съществуващите натриево-йонни батерии обаче се сблъскват с фундаментални ограничения, включително по-ниска изходна мощност, ограничени свойства за съхранение и по-дълго време за зареждане, което налага разработването на материали за съхранение на енергия от следващо поколение.
Изследователски екип, ръководен от професор Джунг Ку Канг от катедрата по материалознание и инженерство, разработва хибридна натриево-йонна батерия с висока енергия и мощност, способна на бързо зареждане.
Това изследване, в съавторство с докторантите от KAIST Джонг Хуи Чой и Донг Уон Ким, е публикувано в списанието Energy Storage Materials със заглавие "Low-crystallinity conductive multivalence iron sulfide-embedded S-doped anode and high-surface-area O-doped cathode of 3D porous N-rich graphitic carbon frameworks for high-performance sodium-ion hybrid energy storages".
Иновативната хибридна система за съхранение на енергия обединява анодни материали, които обикновено се използват в батерии, с катоди, подходящи за суперкондензатори. Тази комбинация позволява на устройството да постигне както висок капацитет на съхранение, така и бързи скорости на зареждане и разреждане, което го превръща в жизнеспособна алтернатива на литиево-йонните батерии от следващо поколение.
Разработването на хибридна батерия с висока енергия и висока плътност на мощността обаче изисква подобрение на бавната скорост на съхранение на енергия на анодите от батериен тип, както и подобряване на относително ниския капацитет на катодните материали от суперкондензаторен тип.
Източник: KAIST Nano Materials Simulation and Fabrication Lab.
Ето защо екипът на професор Канг използва две различни металоорганични структури за оптимизиран синтез на хибридни батерии. Този подход довежда до разработването на аноден материал с подобрена кинетика чрез включването на фини активни материали в порест въглерод, получен от металоорганични рамки.
Освен това е синтезиран катоден материал с висок капацитет, а комбинацията от катоден и аноден материал позволява разработването на система за съхранение на натриеви йони, оптимизираща баланса и свеждаща до минимум различията в скоростта на съхранение на енергия между електродите.
Сглобената пълна клетка, включваща новоразработените анод и катод, образува високопроизводително хибридно натриево-йонно устройство за съхранение на енергия. Това устройство надминава енергийната плътност на търговските литиево-йонни батерии и показва характеристиките на плътността на мощността на суперкондензаторите. Очаква се то да бъде подходящо за приложения за бързо зареждане, вариращи от електрически превозни средства до интелигентни електронни устройства и космически технологии.
Професор Канг отбеляза, че хибридното натриево-йонно устройство за съхранение на енергия, способно на бързо зареждане и постигащо енергийна плътност от 247 Wh/kg и плътност на мощността от 34,748 W/kg, представлява пробив в преодоляването на настоящите ограничения на системите за съхранение на енергия. Той очаква по-широки приложения в различни електронни устройства, включително в електрически превозни средства.
Източник: TechXplore
