Деревянная нано-батарея – новый экологически чистый вариант для хранения энергии

Литиево-ионные аккумуляторы больше подходят для питания смартфонов и других портативных устройств, но для хранения энергии в больших масштабах нужны более экономичные и более экологичные решения.

В качестве наиболее подходящей «кандидатуры» для аккумулирования энергии ветра и солнца ученые называют натриево-ионные батареи, за счет того, что натрий является дешевым и экологически безопасным материалом. Однако, у таких батарей есть один существенный недостаток – сильное набухание анода (на целых 420 процентов) во время цикла заряда/разряда.

Именно этот эффект является причиной недолговечности натриево-ионных батарей – через 20 циклов заряда/разряда анод буквально стирается в порошок. Но недавно исследователи из университета штата Мэриленд (UM) нашли способ обойти эту проблему.

Ученые выяснили, что жесткая основа, используемая в батареях, оказывается слишком хрупкой для того, чтобы выдержать набухание и усадку анода, поэтому они решили использовать более мягкую подложку – древесные волокна. Этот материал обладает природной способностью противостоять набуханию, благодаря имеющимся в его структуре капиллярам, которые могут проводить жидкости, минералы и другие вещества. В результате натриево-ионный аккумулятор, созданный на основе древесных волокон, показал двадцатикратное увеличение прочности, по сравнению с предыдущими конструкциями батарей.

Исследователи нанесли на древесные щепки тонкий слой (10 нм) однослойных углеродных нанотрубок, чтобы сделать их электропроводящими, а поверх нанесли слой олова. Мягкие волокна древесины эффективно нейтрализовали сильные механические напряжения: даже после 400 циклов зарядки и разрядки батареи с начальной емкостью 339 мА*ч/г, древесина не рассыпалась, хотя и сморщивалась, обеспечивая стабильную работу аккумулятора.

Можно отметить, что натриево-ионные аккумуляторы, даже на древесной основе, не могут эффективно хранить энергию, поэтому рассматривать их в качестве замены литиево-ионных батарей в гаджетах не стоит. Однако, использование их для хранения больших объемов энергии от возобновляемых источников является очень хорошей идеей.