Стабильный натрий–серный аккумулятор, работающий при комнатной температуре

Высокоэнергетические перезаряжаемые аккумуляторы на основе распространённых в природе материалов важны для мобильных и стационарных технологий хранения энергии. Перезаряжаемые натрий–серные аккумуляторы, способные стабильно работать при комнатной температуре, относятся к числу наиболее востребованных электрохимических систем, поскольку такие элементы используют двухэлектронный окислительно-восстановительный процесс, обеспечивающий высокую ёмкость хранения энергии за счёт недорогих электродных материалов. В настоящей работе представлен натрий–серный аккумулятор, работающий при комнатной температуре, с микропористым углерод–серным композиционным катодом и жидким карбонатным электролитом, содержащим ионную жидкость 1-метил-3-пропилимидазолий хлорат, закреплённую на наночастицах SiO2. Показано, что такие элементы способны стабильно циклироваться при токе 0,5 C (1 C = 1675 мА·ч·г−1), обеспечивая обратимую ёмкость 600 мА·ч·г−1 и кулоновскую эффективность, близкую к 100%. С помощью спектроскопического и электрохимического анализа установлено, что частицы образуют на аноде плёнку, проводящую ионы натрия, которая стабилизирует осаждение натрия. Кроме того, установлено, что сера остаётся заключённой в порах углерода и вступает с ионами натрия в твердотельные электрохимические реакции.