Большинство из разработанных до сих пор натрий-ионных батарей представляли собой гальванические полуэлементы с анодом из стандартного металлического натрия, который в контакте с водой или кислородом проявляет высокую активность, что создаёт опасность возгорания или взрыва.

В новой работе исследователи из Техасского университета в Остине спроектировали и изготовили полную натрий-ионную батарею, в которой в качестве анодного материала используются нанотрубки из оксида натрия/титана.

Помимо значительно сниженной пожароопасности, такое устройство может запасать в равном объёме почти столько же энергии, как лучшие сегодняшние литий-ионные батареи. Плотность энергии новой батареи не так велика, как у лучших натрий-ионных полуэлементов, но она наибольшая среди достигнутых до сих пор для полных натрий-ионных батарей.

Ионы натрия крупнее по размерам, чем ионы лития, поэтому им труднее проникать в электроды и покидать их. Это превращает в сложную проблему поиск подходящих электродных материалов.

В конструкции батареи, о которой сообщается в недавнем выпуске Energy & Environmental Science, техасские инженеры применили электроды, состоящие из наноматериалов со слоистой кристаллической структурой (нанотрубки для анода и сверхтонкие нанолисты для катода). Это позволило удовлетворить многим критериям производительности и безопасности батарей.

Наряду с высокой удельной ёмкостью такой элемент демонстрирует высокое рабочее напряжение (~3 В) и мощность, значительную циклическую устойчивость (более 92% начальной ёмкости после 100 циклов), стабильность в широком диапазоне температур.

С подобными характеристиками, новая батарея является перспективным кандидатом для использования в электромобилях и системах аккумуляции энергии, генерируемой солнечными и ветряными электростанциями. Участники работы рассчитывают в будущем добиться дальнейшего улучшения эксплуатационных характеристик своих батарей путём поиска более подходящих электродных материалов и замены органических электролитов на твёрдые или квази-твёрдые аналоги.