Батарея с электродом, который не хочет отдавать экспресс
Копилка, в которую монеты падают легко, а достать их можно только разбив её. Нечто похожее происходит с новым материалом для натриевых батарей. Он охотно принимает ионы натрия при зарядке, но при разрядке почти ничего не отдаёт.
Материал с формулой Na4NiCr(PO4)3 относится к семейству NASICON — это каркасные структуры, где ионы натрия могут путешествовать по трёхмерной сети каналов. Расчёты показали, что барьер для движения ионов невысок — всего 0,468 электронвольт, примерно как энергия теплового движения при комнатной температуре. То есть ионы могли бы свободно перемещаться.
После цикла зарядки и разрядки кристаллическая решётка осталась целой, а расчёты показали, что ионы натрия по-прежнему могут мигрировать. Значит, проблема не в движении ионов. Скорее всего, виновата плохая электронная проводимость: электроны не могут добраться до мест, где находятся ионы, чтобы завершить реакцию.
Это как если бы в доме были исправные трубы для воды, но не работал насос. Вода (ионы) есть, трубы (каналы) в порядке, но без насоса (электронов) она не течёт.
Чтобы такой материал заработал, нужно улучшить его электронную проводимость — например, добавив примеси или изменив структуру. Тогда копилка начнёт не только принимать, но и отдавать.
Натрий — шестой по распространённости элемент в земной коре, его можно добывать из морской воды. Поэтому натриевые батареи считаются более дешёвой альтернативой литиевым.