Οι μπαταρίες που χρησιμοποιούν τη χημεία ιόντων νατρίου και όχι τη συνηθισμένη πλέον χημεία ιόντων λιθίου θα μπορούσαν να προσφέρουν πολλά πλεονεκτήματα όταν χρησιμοποιηθούν μαζικά, λόγω της χαμηλής τιμής αλλά και της αφθονίας αυτού του χημικού στοιχείου.
Επιστήμονες από το Πανεπιστήμιο της πολιτείας της Ουάσινγκτον έχουν καταλήξει σε ένα σχέδιο που θεωρείται ότι θα προκαλέσει επανάσταση στην τεχνολογία των μπαταριών – μια μπαταρία ιόντων νατρίου που προσφέρει συγκρίσιμη ενεργειακή χωρητικότητα και διάρκεια ζωής με ορισμένες μπαταρίες ιόντων λιθίου που ήδη υπάρχουν στην αγορά.
Κατά κάποιο τρόπο, οι μπαταρίες ιόντων νατρίου λειτουργούν ακριβώς όπως οι μπαταρίες ιόντων λιθίου. Ένα από τα προβλήματα των μπαταριών ιόντων νατρίου στην τρέχουσα μορφή τους είναι ότι κατά την λειτουργία τους οι ανενεργοί κρύσταλλοι νατρίου τείνουν να συσσωρεύονται στην επιφάνεια του αρνητικά φορτισμένου ηλεκτροδίου, της καθόδου, στο οποίο καταλήγουν τα ιόντα, «σκοτώνοντας» τη μπαταρία. Επιπλέον, οι μπαταρίες ιόντων νατρίου δεν συγκρατούν τόσο ενέργεια όσο οι αντίστοιχες μπαταρίες ιόντων λιθίου.
“Η βασική πρόκληση είναι ότι μια μπαταρία πρέπει να έχει υψηλή ενεργειακή πυκνότητα και μεγάλη διάρκεια ζωής”, δήλωσε ο Junhua Song του Washington State University, επικεφαλής συγγραφέας της δημοσίευσης.
Ο Song και η ομάδα του πιστεύουν ότι μπορεί να έχουν βρει μια λύση σε αυτά τα μειονεκτήματα των υπαρχουσών μπαταριών ιόντων νατρίου. Η πραγματοποίηση πειραμάτων κατά τον σχεδιασμό των μπαταριών ιόντων νατρίου οδήγησε την ομάδα να δημιουργήσει μια μπαταρία που έχει κάθοδο με επιστρώσεις ενός μεταλλικού οξειδίου και έναν υγρό ηλεκτρολύτη με υψηλότερη συγκέντρωση ιόντων νατρίου.
Στις δοκιμές, η ομάδα διαπίστωσε ότι αυτός ο σχεδιασμός οδήγησε σε μια πολύ πιο ομαλή αλληλεπίδραση μεταξύ του ηλεκτρολύτη και της καθόδου, επιτρέποντας τη συνεχή κίνηση των ιόντων νατρίου και αποφεύγοντας την ενοχλητική συσσώρευση ανενεργών κρυστάλλων στην επιφάνεια της καθόδου. Το αποτέλεσμα ήταν ότι η αυτή η μπαταρία προσφέρει χωρητικότητα παρόμοια με εκείνη που έχουν μερικές μπαταρίες ιόντων λιθίου και αδιάκοπη ηλεκτρική ενέργεια, διατηρώντας το 80% της φόρτισης μετά από 1.000 κύκλους.
“Η έρευνά μας αποκάλυψε τον ουσιαστικό συσχετισμό μεταξύ της εξέλιξης της καθόδου και της επιφανειακής αλληλεπίδρασης με τον ηλεκτρολύτη”, δήλωσε ο κ. Lin, μέλος της ερευνητικής ομάδας. “Αυτά είναι τα καλύτερα αποτελέσματα που έχουν αναφερθεί ποτέ για μια μπαταρία ιόντων νατρίου με επιστρωμένη κάθοδο, δείχνοντας ότι αυτή είναι μια βιώσιμη τεχνολογία που μπορεί να συγκριθεί με εκείνη των μπαταριών ιόντων λιθίου.”
Ενθουσιασμένη με τα αποτελέσματα, η ομάδα ερευνά τώρα πώς αλληλεπιδρά ο ηλεκτρολύτης με την κάθοδο για να κατανοήσει καλύτερα αυτές τις αλληλεπιδράσεις, ελπίζοντας σε περαιτέρω βελτίωση του σχεδιασμού, πιθανώς ακόμη και στην αποφυγή της χρήσης άλλων σπάνιων μετάλλων όπως είναι το κοβάλτιο.
“Αυτή η εργασία ανοίγει το δρόμο προς την πρακτική εφαρμογή των μπαταριών ιόντων νατρίου και οι θεμελιώδεις γνώσεις που αποκτήσαμε σχετικά με την αλληλεπίδραση καθόδου-ηλεκτρολύτη ρίχνουν φως στο πώς θα μπορούσαμε να αναπτύξουμε μελλοντικά υλικά καθόδου χωρίς κοβάλτιο ή με ελάχιστο κοβάλτιο στις μπαταρίες ιόντων νατρίου καθώς και σε άλλους τύπους μπαταριών,” δήλωσε ο κ. Song. “Εάν βρούμε βιώσιμες εναλλακτικές λύσεις τόσο για το λίθιο όσο και το κοβάλτιο, η μπαταρία ιόντων νατρίου θα μπορούσε πραγματικά να είναι ανταγωνιστική με τις μπαταρίες ιόντων λιθίου. Και, αυτό θα ήταν μια μεγάλη αλλαγή στους όρους του παιχνιδιού.”
Η έρευνα δημοσιεύθηκε στο περιοδικό ACS Energy Letters.
Πηγή: Washington State University
