«Апостериори»: Новый электролит может сделать натриевые аккумуляторы быстрее и долговечнее

Новости науки и технологий

Поддержите «Эхо», если вы не в России

Исследователи разработали новый квазитвёрдый электролит для натриевых аккумуляторов, который позволяет им работать при очень высокой скорости зарядки и одновременно снижает риск разрушения батареи.

Сегодня большинство аккумуляторов используют литий. Однако именно натрий рассматривается как один из наиболее перспективных материалов для будущих систем хранения энергии. Натрия в земной коре значительно больше, чем лития, а его использование может снизить стоимость производства аккумуляторов и зависимость от ограниченных ресурсов.

При этом у натриевых батарей есть серьёзные технические проблемы. Металлический натрий очень химически активен и плохо совместим со многими электролитами. Во время зарядки ионы натрия должны равномерно возвращаться на поверхность металлического электрода. Если этот процесс нарушается, возникают дендриты – игольчатые металлические структуры, которые могут повреждать электролит, вызывать короткие замыкания и постепенно снижать ёмкость аккумулятора.

В исследовании, опубликованном в 2026 году в журнале Nano-Micro Letters, учёные предложили новый подход к созданию электролита. Авторы использовали два специальных компонента: ионы олова Sn²⁺ и анионы дифтор(оксалато)бората DFOB⁻. Они выполняют разные функции как внутри электролита, так и на границах между электродами.

Одним преимуществ нового материла стало то, что почти весь перенос заряда внутри электролита обеспечивается именно ионами натрия. Учёные измерили так называемое число переноса Na⁺ – показатель, характеризующий долю тока, которую переносят ионы натрия. Для нового электролита этот показатель составил 0,94. Для сравнения, у многих существующих квазитвёрдых электролитов он находится в диапазоне примерно 0,4–0,7.

Но главное преимущество проявляется на границах между электролитом и электродами. На обоих электродах формируются защитные слои. На отрицательном электроде такой слой делает распределение электрического поля более равномерным и помогает натрию осаждаться без образования дендритов. На положительном электроде защитный слой уменьшает разрушение электролита при высоком напряжении и облегчает перенос ионов натрия.

В результате новый электролит показал характеристики, которые ранее было сложно совместить в одной системе. Его ионная проводимость составила 1,3 миллисименса на сантиметр, а аккумуляторные элементы с ним могли работать при скорости с которой полный цикл зарядки теоретически может занимать около четырёх минут. Кроме того, симметричные элементы с металлическим натрием работали более 6000 часов без признаков разрушения. Авторы также создали гибкую ячейку и показали, что она может питать смартфон даже при сгибании.

Однако до появления таких аккумуляторов в массовой технике ещё далеко. Лабораторные результаты показывают высокую эффективность небольших ячеек, но промышленное производство требует решения дополнительных задач. Необходимо проверить долговременную безопасность, стабильность работы при разных температурах, устойчивость материалов при тысячах циклов и возможность массового изготовления электролита.

Кроме того, натриевые аккумуляторы вряд ли полностью заменят литиевые во всех областях. Их главный недостаток – меньшая энергетическая плотность: при одинаковом размере батарея на основе натрия обычно хранит меньше энергии, чем современный литий-ионный аккумулятор. Поэтому для мобильных устройств и электромобилей, где важен каждый грамм массы, литий ещё долго может оставаться предпочтительным вариантом.

Зато преимущества натрия особенно важны для другого направления – систем хранения энергии. Для аккумуляторов, которые используются вместе с солнечными и ветряными электростанциями или для стабилизации электрических сетей, ключевыми параметрами являются стоимость, доступность сырья и срок службы, а не максимальная компактность. Здесь более дешёвые и распространённые материалы могут оказаться гораздо важнее высокой энергетической плотности.

Новая работа показывает одно из перспективных направлений развития аккумуляторов будущего. Учёные всё чаще рассматривают электролит не просто как пассивную среду между электродами, а как активный компонент, который может одновременно управлять движением ионов, предотвращать разрушение батареи и увеличивать скорость зарядки.