Новий каталізатор на основі алюмінію для натрій-сірчаних акумуляторів
Китайські вчені з Китайської академії наук розробили новий каталізатор на основі окремих атомів алюмінію, який має потенціал уповільнити деградацію натрій-сірчаних акумуляторів. Цей інноваційний каталізатор, що має асиметричну структуру Al-O3N, покращує взаємодію з полісульфідами, що, у свою чергу, підвищує ефективність батарей. Результати дослідження були опубліковані в авторитетному журналі Angewandte Chemie.
Дослідження та результати
Роботу над проектом виконала команда професорів Ван Хуея та Чжен Фанцая з Лабораторії сильних магнітних полів у Хефеї. Дослідники зазначають, що натрій-сірчані акумулятори швидко деградують через утворення полісульфідів натрію, які негативно впливають на їхню продуктивність. Традиційно каталізатори для таких акумуляторів шукали серед платини, кобальту або нікелю, які є дорогими матеріалами. Натомість алюміній, будучи дешевшим і нетоксичним, виявився недостатньо активним для взаємодії з полісульфідами.
Вчені модифікували звичайну конфігурацію ізольованого атома алюмінію Al-O4, замінивши один атом кисню на атом азоту, що призвело до утворення асиметричної структури з трьома атомами кисню і одним атомом азоту навколо атома алюмінію. Ця зміна сприяла зміні розподілу електронів і створенню локалізованого заряду, що посилило взаємодію алюмінію зі сполуками сірки. Як результат, полісульфіди вдалося утримати, а хімічні реакції в батареї прискорилися.
Під час лабораторних випробувань було встановлено, що після 100 циклів катод зберіг ємність 1196 мА·год/г, тоді як після 2500 циклів характеристики катода знижувалися на 0,017% за цикл. Ці показники перевищують характеристики дорожчих каталізаторів на основі перехідних металів. Дослідники підкреслюють важливість локального атомного оточення для визначення каталітичної активності одноатомних каталізаторів, що відкриває нові можливості для створення ефективних каталізаторів на основі металів головних підгруп.
Розробка нового каталізатора на основі алюмінію може мати значний вплив на індустрію акумуляторних технологій, особливо в контексті зростаючого попиту на енергію з відновлювальних джерел. Зменшення витрат на виробництво натрій-сірчаних акумуляторів завдяки використанню дешевших і нетоксичних матеріалів, таких як алюміній, може спростити їхнє впровадження в широке використання. Це, своєю чергою, може сприяти розвитку екологічно чистих технологій зберігання енергії та зменшення залежності від дорогих рідкоземельних елементів.
У той час як китайські вчені досягли успіху в розробці каталізатора для натрій-сірчаних акумуляторів, німецькі хіміки також зробили важливий крок у цій галузі, створивши композит для покращення цинково-повітряних батарей, що підвищує їхню ефективність і тривалість роботи. Ці паралельні дослідження свідчать про активний розвиток технологій в енергетиці, що може суттєво вплинути на майбутнє зберігання енергії.