Деревянная нанобатарея: «Зеленая» альтернатива литий-ионным батареям
Ученые считают, что натрий-ионные батареи, в настоящее время находящиеся на ранних стадиях разработки, имеют хорошие перспективы для использования в качестве накопителей энергии в энергетических системах — натрий очень дешев и экологически безвреден. Чтобы эти батареи стали пригодными для практического использования, необходимо решить множество технологических проблем. Одна из самых серьезных состоит в том, что в каждом цикле заряда/разряда анод батареи разбухает от ионов натрия, увеличиваясь в объеме более чем в четыре раза. В результате натриевая батарея оказывается неприемлемо короткоживущей — всего за 20 циклов анод буквально рассыпается в порошок.
Жесткие материалы, используемые в анодах, слишком хрупки, чтобы противостоять набуханию, поэтому исследователи решили использовать в качестве материала основы анода более эластичные волокна древесины. Древесное волокно хорошо противостоит возникающим в аноде нагрузкам, характер которых подобен нагрузкам, создаваемым капиллярными силами при транспортировке ионов древесиной от корней к листьям.
Ученые изготовили анод новой батареи, покрыв полоски из древесного волокна тонким (10 нм) слоем одностенных углеродных нанотрубок, поверх которых нанесли тонкий слой олова. Мягкие волокна дерева хорошо нейтрализовывали механические напряжения, возникающие в процессе набухания анода: после сотен циклов заряда/разряда деревянная основа анода сморщивалась, но сохраняла свою целостность. В проведенных испытаниях батареи с таким анодом продемонстрировали сохранение стабильных эксплуатационных характеристик в течение 440 циклов — существенно больше, чем у батарей предыдущих конструкций.
По сообщению Gizmag