Натрий против лития: суперкомпьютер сделал дешёвые аккумуляторы мощнее дорогих. Просчитав миллионы атомов
NewsMakerВсего две добавки — и батарея перестала умирать.
Дешевые аккумуляторы для электросетей давно остаются одним из главных условий для нормальной работы солнечных и ветровых станций. Электроэнергия от таких источников поступает неравномерно: солнце садится, ветер стихает, а сеть все равно должна получать питание. Поэтому ученые во многих странах ищут замену литий-ионным батареям , которые хорошо подходят для электроники и электромобилей, но для крупных накопителей часто обходятся слишком дорого. Один из главных кандидатов на эту роль — натрий-ионные аккумуляторы . Натрий широко распространен и стоит дешевле лития, но такие системы пока уступают литий-ионным по характеристикам и быстрее теряют емкость, особенно при работе на высоком напряжении.
Группа исследователей из Калифорнийского университета в Сан-Диего попыталась решить именно эту проблему. Команда использовала суперкомпьютер Expanse и инструменты искусственного интеллекта , чтобы понять, как небольшие изменения в катодном материале влияют на поведение натрий-ионного аккумулятора. Катод — один из ключевых элементов батареи. От его состава и внутренней структуры во многом зависит, сколько энергии аккумулятор сможет запасать, как быстро начнет деградировать и сколько циклов зарядки и разрядки выдержит без заметной потери свойств.
Исследователи взяли уже существующий катодный материал на основе натрия и слегка изменили его состав. В него добавили небольшие количества лития и титана. На первый взгляд ход кажется почти незначительным: базовая химия остается прежней, никто не создает новый класс батарей с нуля. Но именно эти точечные изменения и дали заметный эффект. В лабораторных испытаниях модифицированный катод накапливал больше заряда и сохранял большую часть емкости даже после множества циклов, причем в тяжелом режиме с повышенным напряжением, где натриевые материалы обычно разрушаются быстрее.
Высокое напряжение для батареи особенно важно, потому что именно оно помогает получить больше энергии от каждого цикла. Но в этой же зоне натрий-ионные системы часто начинают терять стабильность: внутренняя структура материала расшатывается, ионы движутся хуже, емкость падает, срок службы сокращается. Поэтому перед исследователями стояла не только задача показать прирост характеристик, но и разобраться, почему 2 небольшие добавки так сильно изменили поведение катода.
Дешевые аккумуляторы для электросетей давно остаются одним из главных условий для нормальной работы солнечных и ветровых станций. Электроэнергия от таких источников поступает неравномерно: солнце садится, ветер стихает, а сеть все равно должна получать питание. Поэтому ученые во многих странах ищут замену литий-ионным батареям , которые хорошо подходят для электроники и электромобилей, но для крупных накопителей часто обходятся слишком дорого. Один из главных кандидатов на эту роль — натрий-ионные аккумуляторы . Натрий широко распространен и стоит дешевле лития, но такие системы пока уступают литий-ионным по характеристикам и быстрее теряют емкость, особенно при работе на высоком напряжении.
Группа исследователей из Калифорнийского университета в Сан-Диего попыталась решить именно эту проблему. Команда использовала суперкомпьютер Expanse и инструменты искусственного интеллекта , чтобы понять, как небольшие изменения в катодном материале влияют на поведение натрий-ионного аккумулятора. Катод — один из ключевых элементов батареи. От его состава и внутренней структуры во многом зависит, сколько энергии аккумулятор сможет запасать, как быстро начнет деградировать и сколько циклов зарядки и разрядки выдержит без заметной потери свойств.
Исследователи взяли уже существующий катодный материал на основе натрия и слегка изменили его состав. В него добавили небольшие количества лития и титана. На первый взгляд ход кажется почти незначительным: базовая химия остается прежней, никто не создает новый класс батарей с нуля. Но именно эти точечные изменения и дали заметный эффект. В лабораторных испытаниях модифицированный катод накапливал больше заряда и сохранял большую часть емкости даже после множества циклов, причем в тяжелом режиме с повышенным напряжением, где натриевые материалы обычно разрушаются быстрее.
Высокое напряжение для батареи особенно важно, потому что именно оно помогает получить больше энергии от каждого цикла. Но в этой же зоне натрий-ионные системы часто начинают терять стабильность: внутренняя структура материала расшатывается, ионы движутся хуже, емкость падает, срок службы сокращается. Поэтому перед исследователями стояла не только задача показать прирост характеристик, но и разобраться, почему 2 небольшие добавки так сильно изменили поведение катода.