Высокоточная технология мягкого осаждения (soft landing) ионов, описанная в свежем выпуске Nature Communications авторами из Pacific Northwest National Laboratory (PNNL), позволяет создавать электроды для более надёжных, ёмких и дешёвых гибридных батарей.

Ученые изготовили гибридные электроды нанеся на суперконденсатор из углеродных нанотрубок (CNT) материал POM (полиоксометаллат). Обычно, POM содержит как положительные, так и отрицательные ионы, но метод мягкого осаждения позволяет разделять их и переносить на поверхность электрода только нужные, отрицательные ионы.

Структурные исследования показали, что устранение положительных ионов из POM позволяет анионам равномерно распространяться по поверхности электрода. В противном случае POM образует кристаллическое соединение с натрием, которое осаждается на поверхности, снижая ёмкость батареи.

Для тестирования был изготовлен образец гибридной батареи с электродами в виде квадрата со стороной 1 см, между которыми находилась мембрана, также выполнявшая роль твёрдого гелевого электролита.

В ходе испытаний новые батареи могли удерживать на треть больше энергии, чем просто суперконденсаторы на базе CNT и на 27% больше, чем устройства с электродами, которые были получены традиционным напылением POM (с ионами двух типов). Кроме того, при мягком осаждении оптимальная ёмкость достигалась при минимальном расходе POM — вдвое меньше, чем для обычных POM-электродов натриевых батарей.

В тестах на циклическую стабильность, после тысячи перезарядок новые гибридные батареи потеряли только несколько процентов емкости. Таким образом было продемонстрировано, что мягкое осаждение ионов позволяет удлинить срок службы гибридных батарей примерно в два раза.