1167
Уявіть батарею, яка коштує дешевше за літієву, тримає майже вдвічі більше енергії — і між ділом опріснює морську воду. Саме такий двоцільовий матеріал описали хіміки у новому дослідженні, опублікованому в Journal of Materials Chemistry A. У центрі історії — непоказний на вигляд порошок ванадату натрію з водою в кристалічній структурі.
Мова про наноструктурований гідрат ванадату натрію — NaV₃O₈·xH₂O, який автори скорочено називають NVOH. Це катодний матеріал для натрій-іонних акумуляторів, тобто «родичів» звичних літій-іонних батарей, але побудованих на натрії. А натрій, на відміну від літію, дешевий і буквально розчинений у кожному літрі морської води. Саме тому натрієві батареї вже кілька років вважають одним із головних кандидатів на роль недорогого сховища енергії для сонячних і вітрових станцій.
Головна хитрість — та сама вода в структурі. Дослідники показали, що коли молекули води «вбудовані» між атомними шарами матеріалу, відстань між цими шарами збільшується. Простіше кажучи, всередині кристала утворюються ширші «коридори», якими іони натрію заходять і виходять легше й у більшій кількості. Результат — помітно вища ємність порівняно з безводною версією того ж матеріалу. У тестах в органічному електроліті NVOH видавав близько 280 мА·год на грам при малих струмах і зберігав працездатність понад 150 циклів заряду-розряду.
Батарея, що п’є солону воду
Найцікавіше починається у водному середовищі. Той самий матеріал команда використала як електрод, що «висмоктує» натрій прямо з розчину солі. Під час роботи він захоплює іони натрію з води — а це і є, по суті, процес опріснення. За оцінками авторів, один грам матеріалу здатен вилучити близько 173 міліграмів кухонної солі. Тобто одна й та сама технологія може або накопичувати енергію, або робити солону воду придатнішою для використання — залежно від того, як її ввімкнути.
Щоб швидко перебрати десятки варіантів матеріалу й знайти оптимальний, дослідники зібрали окрему недорогу платформу для високопродуктивного триелектродного тестування. Це той нудний, але критично важливий інженерний бік науки: без дешевого способу масово перевіряти зразки нові матеріали роками застрягають у лабораторіях.
Не варто, звісно, чекати таких акумуляторів у смартфоні вже завтра. Показники повної натрій-іонної комірки з протиелектродом C@V₂O₃ поки скромніші — близько 70 мА·год на грам при вищих струмах, і до промислового масштабу шлях довгий. Але сама ідея двоцільового, дешевого й екологічного матеріалу, який однаково добре зберігає енергію та бореться з дефіцитом прісної води, виглядає саме тим напрямом, куди має рухатися «зелена» енергетика.
