Учёные представили новый анод для натрий-ионных аккумуляторов, призванный решить одну из главных задач технологии — компромисс между скоростью зарядки и долговечностью. В лабораторных испытаниях образец выдержал 10 000 зарядно-разрядных циклов при скорости зарядки шесть минут и сохранил ёмкость на уровне 131 мА·ч/г. При тесте с гораздо более быстрой зарядкой, около 30 секунд, ёмкость лишь снизилась до 121 мА·ч/г, что свидетельствует о заметном росте устойчивости материала к быстрому переносу заряда.

Анод изготовлен из нанолистов титана в форме диоксида толщиной примерно 10 нанометров, сформированных в полые сферы с двойной оболочкой. Каждый лист дополнительно покрыли ультратонким слоем углерода графеноподобной структуры толщиной около 0,4 нанометра, что одновременно повысило электропроводность и защитило структуру от разрушения. По сравнению с обычными нанолистами, несущими покрытие, те без защиты разрушались уже после примерно четырёх сотен циклов.

Защитная оболочка решает две задачи сразу: ускоряет перенос электронов и удерживает нанолисты вместе, препятствуя растрескиванию при активной зарядке. Дополнительно покрытие ограничивает контакт материала с электролитом и, следствием этого, замедляет образование защитной плёнки, которая в итоге расходует запас натрия и ухудшает характеристики батареи.

Помимо анода исследователи собрали полноценный лабораторный аккумулятор с катодом из фосфата ванадия-натрия. Он прошёл свыше 170 циклов под высокой нагрузкой, а электроды сохраняли работоспособность даже при увеличенной массовой нагрузке — параметре, нередко являющемся слабым местом в лабораторных разработках.

Однако на практике технологии в серийных элементах ещё далеко. Испытания проходили на небольших лабораторных узлах, и новый анод функционирует при более высоком среднем напряжении по сравнению с обычным твёрдым углеродом, что может снизить общую энергоёмкость батареи. Поэтому материалу предстоит пройти дополнительные испытания в полноценных аккумуляторах, приближённых к тем, что применяются в электромобилях, прежде чем он сможет выйти на рынок.