Натрий-ионные батареи давно привлекают внимание исследователей как потенциальная замена литий-ионным для крупномасштабного хранения энергии. В качестве электролита вместо дорогих, пожароопасных и требующих сложных систем охлаждения литиевых ячеек в них используется водный раствор соли — безопасный и дешевый. Главный недостаток натрий-ионных батарей — низкая выходная мощность: ключевая электрохимическая реакция на катоде шла медленно, требовала перехода между жидким и газообразным состояниями и дорогих катализаторов.
Работая над улучшением кислородной реакции, ученые из Окриджской национальной лаборатории заметили, что перед ней происходит побочный процесс с образованием гипохлорита натрия — того самого вещества, что входит в состав бытового отбеливателя. Обычно такие «паразитные» реакции подавляют любой ценой, но тут исследователи задумались, почему бы не сделать эту реакцию основной, ведь она дает более высокое напряжение, чем кислородная?
Добавив в систему всего 5% гипохлорита натрия, они получили результат, который превзошел все ожидания: побочная реакция стала доминирующей, и весь процесс протекал исключительно в жидкой фазе, без газовых пузырей и дорогих катализаторов.
Новый механизм основан на обратимой окислительно-восстановительной реакции хлора, пишет IE: при зарядке и разрядке ионы хлорида и гипохлорита непрерывно переходят друг в друга. Эта жидкостная реакция имеет гораздо более быструю кинетику и более высокий электрический потенциал, чем медленный кислородный процесс. В результате внутреннее сопротивление резко упало, пиковая мощность выросла более чем вдвое, приблизившись к показателям литий-ионных батарей, а катализаторы стали не нужны.
Конечно, натрий-ионные батареи слишком тяжелые и громоздкие и не подойдут для смартфонов или электромобилей, но для стационарных сетевых накопителей, где масса и габариты не критичны, а важны стоимость, безопасность и долговечность, это почти идеальное решение. Могут они пригодиться и в море, где нет недостатка в источнике электролита.
Натрий-ионные аккумуляторы могут превратить обычную поваренную соль в один из ключевых ресурсов мировой энергетики. К такому выводу пришли аналитики инвестиционного банка Morgan Stanley, которые прогнозируют стремительный рост рынка новых батарей. По их оценке, к 2035 году объем инвестиций в эту технологию достигнет $800 млрд, а спрос на хлорид натрия существенно вырастет.
