Ο σχεδιασμός προσφέρει υψηλή ενεργειακή πυκνότητα και εξαιρετική θερμική σταθερότητα - Την ανακάλυψη έκανε πανεπιστήμιο του Καναδά
Ερευνητές στον Καναδά αποκάλυψαν έναν νέο σχεδιασμό μπαταρίας στερεάς κατάστασης νατρίου που θα μπορούσε ενδεχομένως να οδηγήσει σε φθηνότερα, ασφαλέστερα και πιο βιώσιμα συστήματα αποθήκευσης ενέργειας.
Συγκεκριμένα αντικαθιστά το λίθιο (Li) το οποίο είναι ακριβό, εύφλεκτο και ολοένα και πιο σπάνιο, με νάτριο (Na), ένα από τα πιο άφθονα στοιχεία στη Γη.
Την ανακάλυψη έκανε πανεπιστήμιο του Καναδά (Western University στο Οντάριο).
Η μελέτη δημοσιεύτηκε στα περιοδικά Advanced Functional Materials και Advanced Materials.
Παρόλο που οι εμπορικές μπαταρίες νατρίου στερεάς κατάστασης απέχουν ακόμη αρκετά χρόνια, οι ερευνητές είναι βέβαιοι ότι η καινοτόμος λύση τους φέρνει την τεχνολογία πιο κοντά στην αγορά.
Υπό τη διαχείριση του Yang Zhao (καθηγητής στο τμήμα μηχανολογίας και μηχανικής υλικών του πανεπιστημίου), το έργο μετέφερε την τεχνολογία μπαταριών στερεάς κατάστασης νατρίου πιο κοντά στην τροφοδοσία ηλεκτρικών οχημάτων και μεγάλων δικτύων ανανεώσιμων πηγών ενέργειας (ΑΠΕ).
«Το νάτριο είναι πολύ πιο άφθονο και φθηνότερο, και αν μπορέσουμε να το κάνουμε να λειτουργήσει σε στερεά μορφή του ηλεκτρολύτη, θα μπορούσε να είναι φθηνότερο, ασφαλέστερο και μακράς διαρκείας», εξήγησε ο Zhao.
Επίλυση των περιορισμών του λιθίου
Οι μπαταρίες ιόντων λιθίου (Li-ion) τροφοδοτούν smartphones, φορητούς υπολογιστές και ηλεκτρικά οχήματα (EV) εδώ και δεκαετίες.
Ωστόσο, οι περιορισμοί τους γίνονται ολοένα και πιο σαφείς καθώς η ζήτηση για πιο βιώσιμη αποθήκευση ενέργειας συνεχίζει να αυξάνεται.
Τα στοιχεία ιόντων λιθίου βασίζονται σε σπάνια, ολοένα και πιο απαιτητικά υλικά που πρέπει να εξορύσσονται και να υποβάλλονται σε επεξεργασία και η παραγωγή τους μπορεί να είναι δαπανηρή.
Επίσης, ενέχουν κινδύνους πυρκαγιάς λόγω των εύφλεκτων υγρών ηλεκτρολυτών.
Αντίθετα, οι μπαταρίες στερεάς κατάστασης χρησιμοποιούν στερεούς ηλεκτρολύτες οι οποίοι μειώνουν σημαντικά τους κινδύνους πυρκαγιάς και προσφέρουν υψηλότερη ενεργειακή πυκνότητα.
Ωστόσο, η κατασκευή μιας μπαταρίας νατρίου στερεάς κατάστασης που μπορεί να άγει ιόντα αποτελεσματικά, αποτελεί μια από τις πιο δύσκολες προκλήσεις στην επιστήμη των υλικών.
Για να αντιμετωπίσει το ζήτημα, ο Zhao και η ομάδα του ανέπτυξαν ένα νέο υλικό στερεού ηλεκτρολύτη που αποτελείται από θείο και χλώριο.
«Αυτή τη στιγμή, οι περισσότερες μπαταρίες που χρησιμοποιούμε περιέχουν εύφλεκτους υγρούς ηλεκτρολύτες και σπάνια στοιχεία όπως το λίθιο», σημείωσε.
Αν και χημικά σταθεροί, οι παραδοσιακοί ηλεκτρολύτες δυσκολεύονται να μετακινήσουν ιόντα νατρίου από το θετικό στο αρνητικό άκρο της μπαταρίας. Ωστόσο, προσθέτοντας θείο στην κρυσταλλική δομή του υλικού, η ομάδα μπόρεσε να βοηθήσει τα ιόντα να πηδήξουν μέσα από αυτήν, ενισχύοντας παράλληλα το υλικό.
Μια φθηνότερη επιλογή μπαταρίας
Εργαστηριακές δοκιμές αποκάλυψαν ότι, εκτός από την υψηλή αγωγιμότητα ιόντων νατρίου, το υλικό έδειξε επίσης εξαιρετική θερμική και μηχανική ανθεκτικότητα.
Οι ερευνητές σημείωσαν ότι αυτό το επίπεδο ανθεκτικότητας είναι απαραίτητο για την απόδοση σε πραγματικές συνθήκες.
Αυτό συμβαίνει επειδή οι μπαταρίες αναμένεται να επιβιώσουν σε χιλιάδες κύκλους φόρτισης-εκφόρτισης και ακραίες θερμοκρασίες χωρίς σημαντική υποβάθμιση.
Σύμφωνα με την ομάδα, η σταθερότητα του υλικού θα μπορούσε να το καταστήσει ιδανικό για ηλεκτρικά οχήματα, αποθήκευση σε δίκτυο, καθώς και φορητά ηλεκτρονικά.
Οι ακτίνες Χ υψηλής ισχύος τους επέτρεψαν να παρατηρήσουν πώς κινούνται τα ιόντα μέσα στον στερεό ηλεκτρολύτη.
«Αυτά τα εργαλεία ακτίνων Χ μας επιτρέπουν να δούμε το τοπικό χημικό περιβάλλον, τις οδούς ιόντων και τις δομές σύνδεσης με τρόπους που τα συνηθισμένα εργαστηριακά όργανα δεν μπορούν.
Είναι απολύτως απαραίτητα για την ανάπτυξη υλικών μπαταριών στερεάς κατάστασης.
Κάνουμε πραγματική πρόοδο προς ασφαλέστερες, πιο οικονομικά αποδοτικές μπαταρίες», δήλωσε ο Zhao.
www.worldenergynews.gr
