Οι μπαταρίες στερεάς κατάστασης ll υπόσχονται ασφαλέστερη και πιο ισχυρή αποθήκευση ενέργειας για ηλεκτρικά οχήματα, ηλεκτρονικά και το δίκτυο. Αλλά το λίθιο, το κρίσιμο στοιχείο στο εσωτερικό, είναι δαπανηρό, σπάνιο και επιβλαβές για εξαγωγή.
Οι ερευνητές επενδύουν στις μπαταρίες νατρίου
Οι ερευνητές στρέφονται τώρα στο νάτριο, μια φθηνότερη και πιο άφθονη επιλογή. Μια νέα μελέτη δείχνει ότι οι μπαταρίες στερεάς κατάστασης με βάση το νάτριο μπορούν επιτέλους να διατηρηθούν σε θερμοκρασίες δωματίου και ακόμη και υπό το μηδέν.
Η εργασία ανεβάζει το σημείο αναφοράς για τις μπαταρίες νατρίου, μια τεχνολογία που έχει δυσκολευτεί σε πραγματικές συνθήκες.
«Δεν είναι θέμα νατρίου έναντι λιθίου. Χρειαζόμαστε και τα δύο», δήλωσε η Y. Shirley Meng, καθηγήτρια Μοριακής Μηχανικής της οικογένειας Liew στο UChicago PME. «Όταν σκεφτόμαστε τις λύσεις αποθήκευσης ενέργειας του αύριο, θα πρέπει να φανταζόμαστε ότι το ίδιο γιγαεργοστάσιο μπορεί να παράγει προϊόντα που βασίζονται τόσο στη χημεία του λιθίου όσο και του νατρίου».
Ο Meng πρόσθεσε: «Αυτή η νέα έρευνα μας φέρνει πιο κοντά σε αυτόν τον τελικό στόχο, ενώ παράλληλα προωθεί τη βασική επιστήμη στην πορεία».
Η εργασία παρουσιάζει παχιές καθόδους νατρίου που λειτουργούν σε θερμοκρασία δωματίου και μέχρι το σημείο πήξης. Αυτό τοποθετεί το νάτριο σε πιο ισότιμη βάση με το λίθιο, δήλωσε ο πρώτος συγγραφέας Sam Oh του Ινστιτούτου Έρευνας και Μηχανικής Υλικών A*STAR στη Σιγκαπούρη.
Σταθεροποίηση μιας νέας δομής
Η ανακάλυψη της ομάδας βασίζεται σε έναν νέο στερεό ηλεκτρολύτη. «Η ανακάλυψη που έχουμε είναι ότι στην πραγματικότητα σταθεροποιούμε μια μετασταθή δομή που δεν έχει αναφερθεί», είπε ο Oh. Εξήγησε ότι η μετασταθής δομή του υδριδοβορικού νατρίου έχει εξαιρετικά υψηλή ιοντική αγωγιμότητα.
«Τουλάχιστον μία τάξη μεγέθους υψηλότερη από αυτήν που αναφέρεται στη βιβλιογραφία και τρεις έως τέσσερις τάξεις μεγέθους υψηλότερη από τον ίδιο τον πρόδρομο».
Οι ερευνητές δημιούργησαν αυτή τη δομή θερμαίνοντας το υδριδοβορικό νάτριο μέχρι να αρχίσει να κρυσταλλώνεται. Στη συνέχεια το ψύξανε γρήγορα για να κλειδώσει την κρυσταλλική μορφή. Η μέθοδος είναι γνωστή σε άλλους τομείς, αλλά δεν είχε χρησιμοποιηθεί για στερεούς ηλεκτρολύτες στο παρελθόν.
«Από τη στιγμή που αυτή η τεχνική έχει καθιερωθεί, είμαστε σε θέση να την αναπτύξουμε καλύτερα στο μέλλον», είπε ο Oh. Πρόσθεσε ότι οι γνωστές μέθοδοι είναι πιο ελκυστικές για τη βιομηχανία. «Εάν προτείνετε κάτι νέο ή εάν υπάρχει ανάγκη αλλαγής ή καθιέρωσης διαδικασιών, τότε η βιομηχανία θα είναι πιο απρόθυμη να το δεχτεί».
Παχύτερες κάθοδοι, υψηλότερη πυκνότητα
Η ομάδα συνδύασε τη μετασταθή φάση με μια κάθοδο τύπου O3 επικαλυμμένη με στερεό ηλεκτρολύτη με βάση το χλωρίδιο. Αυτός ο σχεδιασμός επέτρεψε παχιές, υψηλής φόρτωσης καθόδους. Σε αντίθεση με τα σχέδια λεπτών καθόδων, αυτές συσκευάζουν λιγότερο ανενεργό υλικό και πιο ενεργό «κρέας».
«Όσο παχύτερη είναι η κάθοδος, η θεωρητική ενεργειακή πυκνότητα της μπαταρίας - η ποσότητα ενέργειας που συγκρατείται σε μια συγκεκριμένη περιοχή - βελτιώνεται», είπε ο Oh.
Η πρόοδος δίνει στις μπαταρίες νατρίου μια πιο σαφή πορεία για να ανταγωνιστούν το λίθιο. Η εργασία ασχολείται τόσο με το κόστος όσο και με τη βιωσιμότητα, ανοίγοντας παράλληλα νέες κατευθύνσεις στην έρευνα για την ενέργεια.
«Είναι ακόμα ένα μακρύ ταξίδι», είπε ο Oh. «Αλλά αυτό που έχουμε κάνει με αυτήν την έρευνα θα βοηθήσει να ανοίξει αυτή η ευκαιρία».
www.worldenergynews.gr
