Հետազոտողները գտել են նատրիում-իոնային մարտկոցների երկարակեցությունը բարձրացնելու նոր եղանակ՝ փոխելով կատոդի բյուրեղների ձևը՝ առանց դրանց քիմիական բաղադրությունը փոփոխելու։ Բյուրեղի կարևոր չափերից մեկի հաստությունը նվազեցնելով՝ գիտնականները սահմանափակել են ներքին լարվածությունն ու ճաքերի առաջացումը, որոնք սովորաբար ձևավորվում են նատրիումի իոնների բազմակի ներթափանցման և դուրսբերման ընթացքում։ Օպտիմալացված կաթոդը 5C հոսանքի արագության պայմաններում 300 ցիկլից հետո պահպանել է իր սկզբնական տարողության 96,7%-ը։ Սա մատնանշում է նատրիում-իոնային մարտկոցների համար ավելի երկարակյաց նյութերի ստեղծման գործնական և հեռանկարային մոտեցում։

Նատրիում-իոնային մարտկոցների նկատմամբ հետաքրքրությունն աճում է, հատկապես՝ էներգիայի լայնածավալ կուտակման համակարգերի ոլորտում։ Դրա պատճառներից մեկն այն է, որ նատրիումը լայնորեն տարածված և մատչելի տարր է, իսկ դրա հիմքով հնարավոր է ստեղծել համեմատաբար ցածր ինքնարժեքով մարտկոցներ։ Անցումային մետաղների շերտավոր օքսիդներն առանձնանում են բարձր տարողությամբ և արտադրության մասշտաբավորման լայն հնարավորություններով, սակայն դրանց մեխանիկական կայունությունը շարունակում է մնալ լուրջ խնդիր։

Նատրիումի իոնների ներթափանցման և դուրսբերման ընթացքում բյուրեղային ցանցը անհավասարաչափ ընդարձակվում և կծկվում է, հատկապես c առանցքի ուղղությամբ։ Ցանցի նման անհավասար դեֆորմացիան կարող է լարվածություն կուտակել նյութի բյուրեղային հատիկների ներսում՝ առաջացնելով ճաքեր։ Դրանք, իրենց հերթին, նոր մակերեսներ են բացում էլեկտրոլիտի հետ փոխազդեցության համար, արագացնում կողմնակի ռեակցիաները և հանգեցնում մարտկոցի տարողության կորստի։ Այդ պատճառով անհրաժեշտ են միկրոկառուցվածքային լուծումներ, որոնք թույլ կտան նվազեցնել ներքին լարվածությունը՝ մինչ դրա հետևանքով կատոդի վնասվելը։

Վուհանի տեխնոլոգիական համալսարանի հետազոտական թիմի խոսքով՝ ուսումնասիրությունը հնարավորություն է տալիս մարտկոցի խափանման գործընթացը դիտարկել դեռևս տեսանելի վնասների առաջացումից առաջ։ Նատրիումի պահեստավորման ընթացքում շերտավոր օքսիդների կառուցվածքը բազմիցս «շնչում» է՝ ընդարձակվելով և կծկվելով։ Հաստ բյուրեղային հատիկներում այս դեֆորմացիան կարող է աստիճանաբար կուտակվել, մինչև հանգեցնել ճաքերի առաջացման։ Առավել խոցելի ուղղության չափը կրճատելով՝ նյութը կարող է ավելի վաղ և ավելի հավասարաչափ ազատել կուտակված լարվածությունը։

Հետազոտողները նշում են, որ այս սկզբունքը կարող է փոխել կատոդների նախագծման մոտեցումները՝ դրանք դուրս բերելով միայն քիմիական բաղադրության օպտիմալացման շրջանակից։ Այն կարող է գիտնականներին տալ նաև մեխանիկական ավելի հստակ ռազմավարություն՝ երկարատև ցիկլային աշխատանքի ընթացքում կայունություն պահպանող նատրիում-իոնային մարտկոցներ ստեղծելու համար։

Ստացված արդյունքները գործնական նշանակություն ունեն էներգիայի կուտակման հաջորդ սերնդի համակարգերի համար։ Մասնիկների ընդհանուր չափի նվազեցումը կարող է հեշտացնել ներքին լարվածության թուլացումը, սակայն միաժամանակ կարող է մեծացնել մակերևույթի վրա տեղի ունեցող կողմնակի ռեակցիաները և նվազեցնել նյութի լցման խտությունը։

Աղբյուրը՝ The National Law Review
Պատկերը՝ Sodium-ion battery