Ερευνητές στην Ιαπωνία σημείωσαν ένα σημαντικό επίτευγμα που θα μπορούσε να βοηθήσει στην ανάπτυξη ασφαλέστερων, υψηλής απόδοσης μπαταριών ιόντων νατρίου.
Mια νέα ανακάλυψη
Η ομάδα διαπίστωσε ότι η προσθήκη φωσφόρου σε γυαλιά πυριτικού νατρίου-υττρίου μπορεί να βοηθήσει στην ανάπτυξη μπαταριών ιόντων νατρίου επόμενης γενιάς. Η εργασία βελτιώνει σημαντικά την απόδοσή τους ως στερεοί ηλεκτρολύτες για μπαταρίες ιόντων νατρίου επόμενης γενιάς.
Ερευνητές από το Πανεπιστήμιο Kogakuin τόνισαν ότι η βελτίωση προέρχεται από την κρυσταλλική φάση Na5RSi4O12 (R = στοιχεία σπάνιων γαιών), η οποία μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως στερεό ηλεκτρολυτικό υλικό για μπαταρίες ιόντων νατρίου στερεάς κατάστασης.
Η κρυσταλλική φάση μπορεί να ληφθεί ως υαλοκεραμικό
Η ομάδα αποκάλυψε ότι η κρυσταλλική φάση μπορεί να ληφθεί ως υαλοκεραμικό και η προσθήκη φωσφόρου (P) στον πρόδρομο γυαλιού επεκτείνει δραματικά το εύρος σχηματισμού της φάσης Na5RSi4O12.
Η μελέτη, που δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Ceramics International, αποκαλύπτει ότι τα γυαλιά και τα υαλοκεραμικά παρασκευάστηκαν και οι δομές τους αξιολογήθηκαν χρησιμοποιώντας περίθλαση ακτίνων Χ νετρονίων και υψηλής ενέργειας, φασματοσκοπία πυρηνικού μαγνητικού συντονισμού στερεάς κατάστασης και μικροσκοπία για να συζητηθούν οι επιδράσεις της προσθήκης P στη δομή και την κατάσταση του γυαλιού μετά την κρυστάλλωση.
Η προσθήκη P είχε ως αποτέλεσμα έναν ελαφρύ πολυμερισμό ενός τρισδιάστατου δικτύου που αποτελείται από τετράεδρα SiO4 και PO4 στο γυαλί Na4Y0.6P0.2Si2.8O9, χωρίς να μεταβληθεί η ιοντική του αγωγιμότητα. Στο υαλοκεραμικό Na4Y0.6P0.2Si2.8O9, το P βρέθηκε σχεδόν πλήρως διαλυμένο στη θέση Si του κρυστάλλου Na5YSi4O12, αντί να παραμένει στο υπολειμματικό γυαλί. Η υποκατάσταση του Si με P, το οποίο έχει υψηλότερη ηλεκτραρνητικότητα από το Si, μπορεί να επηρεάσει την ιοντική αγωγιμότητα των υαλοκεραμικών, σύμφωνα με τη μελέτη.
Η ομάδα τόνισε επίσης ότι οι μπαταρίες ιόντων νατρίου μπορούν να λειτουργούν με την ίδια αρχή με τις μπαταρίες ιόντων λιθίου και έχουν γρήγορη φόρτιση και εκφόρτιση. Επομένως, η πρακτική εφαρμογή των μπαταριών ιόντων νατρίου σε στερεά κατάσταση, οι οποίες αποτελούν την έκδοση στερεάς κατάστασης των μπαταριών ιόντων νατρίου, είναι ιδιαίτερα επιθυμητή σε πολλές βιομηχανίες.
Νέες γνώσεις για τους στερεούς ηλεκτρολύτες
Σε αυτή τη μελέτη, συντέθηκαν και αξιολογήθηκαν γυαλιά και υαλοκεραμικά χωρίς και περιέχοντα φωσφορικό άλας χρησιμοποιώντας διάφορες αναλυτικές μεθόδους για να διευκρινιστεί η επίδραση της προσθήκης φωσφορικού άλατος στη δομή του γυαλιού και την κατάσταση του φωσφορικού άλατος μετά την κρυστάλλωση.
Στην ουσία, αυτή η προσέγγιση προσφέρει πολλά υποσχόμενες γνώσεις για τους στερεούς ηλεκτρολύτες ιόντων νατρίου υψηλής απόδοσης, οι οποίοι είναι κρίσιμοι για ένα βιώσιμο μέλλον στις εφαρμογές αποθήκευσης ενέργειας. Η χρήση μη εύφλεκτων ανόργανων ηλεκτρολυτών ενισχύει την ασφάλεια και επιτρέπει την ταχύτερη φόρτιση, καθιστώντας αυτά τα υλικά ιδιαίτερα ελκυστικά για τις μπαταρίες επόμενης γενιάς, ανέφερε το Tech Explore.
Οι μπαταρίες νατρίου είναι επαναφορτιζόμενες συσκευές αποθήκευσης ενέργειας που χρησιμοποιούν ιόντα νατρίου (Na⁺) αντί για ιόντα λιθίου για την αποθήκευση και την απελευθέρωση ενέργειας. Λειτουργούν με παρόμοια αρχή με τις μπαταρίες ιόντων λιθίου.
Το νάτριο κλέβει την παράσταση
Ένας από τους κύριους λόγους για τους οποίους οι μπαταρίες νατρίου τραβούν την προσοχή είναι ότι το νάτριο είναι άφθονο και φθηνό. Διατίθεται ευρέως σε αλάτι (χλωριούχο νάτριο) και θαλασσινό νερό, καθιστώντας το πολύ πιο γεωγραφικά προσβάσιμο από το λίθιο. Αυτή η αφθονία μειώνει το κόστος των υλικών και τους κινδύνους της αλυσίδας εφοδιασμού. Επιπλέον, ορισμένες χημικές ουσίες των μπαταριών νατρίου προσφέρουν βελτιωμένα χαρακτηριστικά ασφάλειας και αποδίδουν καλά σε χαμηλότερες θερμοκρασίες, καθιστώντας τες ιδιαίτερα ελκυστικές για συστήματα αποθήκευσης ενέργειας μεγάλης κλίμακας που υποστηρίζουν ανανεώσιμες πηγές ενέργειας όπως η ηλιακή και η αιολική ενέργεια.
www.worldenergynews.gr
