Ερευνητές στο Αυστραλιανό Ινστιτούτο Βιομηχανικής και Νανοτεχνολογίας (AIBN) του Πανεπιστημίου του Κουίνσλαντ ανέπτυξαν έναν νέο στερεό ηλεκτρολύτη που θα μπορούσε να συμβάλει στην ανάπτυξη αποθήκευσης ενέργειας σε κλίμακα δικτύου. Το υλικό έχει δοκιμαστεί σε μπαταρίες μεταλλικού νατρίου (SMB) και έχει δείξει πολλά υποσχόμενη απόδοση.
Οι δοκιμές του νέου υλικού
Στις δοκιμές, μια μπαταρία που χρησιμοποιεί το νέο υλικό λειτούργησε για πάνω από 5.000 ώρες στους 80°C και διατήρησε πάνω από 91% της χωρητικότητάς της μετά από 1.000 κύκλους φόρτισης. Αυτό το επίπεδο απόδοσης είναι σημαντικό για την πιθανή χρήση των SMB στην αποθήκευση ανανεώσιμης ενέργειας.
«Αυτό το είδος μακροπρόθεσμης απόδοσης είναι απαραίτητο για την αποθήκευση ενέργειας σε επίπεδο δικτύου», δήλωσε ο επικεφαλής της ομάδας AIBN, Δρ. Cheng Zhang.
Αντιμετώπιση ενός γνωστού ζητήματος ασφάλειας
Οι μπαταρίες μεταλλικού νατρίου θεωρούνται μια πιθανή εναλλακτική λύση στην τεχνολογία ιόντων λιθίου λόγω του χαμηλού κόστους και της αφθονίας νατρίου. Ωστόσο, η χρήση τους έχει περιοριστεί από ανησυχίες για την ασφάλεια.
Το κύριο ζήτημα είναι ο ηλεκτρολύτης της μπαταρίας, το μέσο που διευκολύνει την κίνηση των ιόντων. Οι περισσότερες συμβατικές μπαταρίες χρησιμοποιούν έναν υγρό ηλεκτρολύτη, ο οποίος είναι εύφλεκτος.
«Αυτά τα υγρά είναι εύφλεκτα και μπορούν να υπερθερμανθούν, προκαλώντας πυρκαγιές όπως αυτές που έχουμε δει σε ηλεκτρικά οχήματα και μπαταρίες ηλεκτρικών σκούτερ», εξήγησε ο Δρ. Zhang.
Αυτές οι πυρκαγιές συχνά προκαλούνται από τον σχηματισμό δενδριτών - μικρών, αιχμηρών μεταλλικών αιχμών που μπορούν να αναπτυχθούν μέσα στην μπαταρία, οδηγώντας σε βραχυκυκλώματα.
«Αυτό το είδος ανάπτυξης συμβαίνει συνήθως όταν ο ηλεκτρολύτης γίνεται ασταθής μετά από επαναλαμβανόμενους κύκλους φόρτισης, γεγονός που καθιστά την μπαταρία τόσο μη ασφαλή όσο και αναξιόπιστη», πρόσθεσε ο Δρ. Zhang.
Για να αντιμετωπίσουν αυτό το ζήτημα ασφάλειας, ο Δρ. Zhang και ο διδακτορικός φοιτητής Zhou Chen δημιούργησαν έναν νέο στερεό ηλεκτρολύτη, ένα φθοριωμένο μπλοκ συμπολυμερές που ονομάζεται P(Na3-EO7)-PFPE. Αυτό το στερεό, πλαστικό υλικό δεν είναι εύφλεκτο και έχει σχεδιαστεί για να αναστέλλει την ανάπτυξη δενδριτών.
Εσωτερική δομή υλικού μηχανικής
Οι ερευνητές σχεδίασαν την εσωτερική δομή του υλικού σε έναν κυβικό σχηματισμό με επίκεντρο το σώμα. Αυτή η δομή δημιουργεί μικροσκοπικές σήραγγες που επιτρέπουν στα ιόντα νατρίου να κινούνται αποτελεσματικά μέσα στο υλικό.
«Προσαρμόζοντας τη διάταξη για να σχηματιστεί αυτό που είναι γνωστό ως κυβική δομή με επίκεντρο το σώμα, καταφέραμε να βελτιώσουμε τις φυσικά σχηματιζόμενες σήραγγες του υλικού», κατέληξε ο Zhou.
«Αυτό επέτρεψε στα ιόντα νατρίου να κινούνται εξίσου ομαλά και αποτελεσματικά όπως στις μπαταρίες λιθίου, μειώνοντας παράλληλα τον κίνδυνο επιβλαβούς συσσώρευσης όπως οι δενδρίτες».
Ενώ τα αποτελέσματα των δοκιμών σε υψηλές θερμοκρασίες αποτελούν ορόσημο, η ομάδα επικεντρώνεται τώρα στην επόμενη φάση της έρευνας. Ο άμεσος στόχος είναι να επιτευχθεί παρόμοια απόδοση σε θερμοκρασία δωματίου.
Βήματα για εμπορευματοποίηση
Ερευνητές σε όλο τον κόσμο έχουν εντείνει τις προσπάθειές τους για την εμπορευματοποίηση μπαταριών νατρίου. Πρόσφατα, σε μια άλλη εξέλιξη, ερευνητές πρότειναν ότι οι μπαταρίες στερεάς κατάστασης με βάση το νάτριο μπορούν επιτέλους να αντέξουν 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.
Η εργασία τους παρουσιάζει παχιές καθόδους νατρίου που αποδίδουν σε θερμοκρασία δωματίου και μέχρι το μηδέν. Νωρίτερα, μια μελέτη από ερευνητές στο Πανεπιστήμιο Επιστημών του Τόκιο είχε δείξει ότι η προσθήκη σκάνδιου σε μια κάθοδο μπαταρίας ιόντων νατρίου μπορεί να βελτιώσει τη σταθερότητα του κύκλου της.
Κατά τη διεξαγωγή δοκιμών, παρατήρησαν ότι ένα πλήρες στοιχείο τύπου νομίσματος που χρησιμοποιεί την τροποποιημένη κάθοδο διατήρησε το 60% της χωρητικότητάς του μετά από 300 κύκλους φόρτισης-εκφόρτισης.
www.worldenergynews.gr
