Läpimurto edistää natrium-akkujen suunnittelua

Täysin kiinteän olomuodon akut ovat turvallisia ja tehokkaita tapoja käyttää sähköautoja ja elektroniikkaa sekä varastoida sähköä sähköverkosta, mutta niiden rakentamiseen käytetty litium on harvinaista, kallista ja sen erottaminen voi olla ympäristölle tuhoisaa.

Natrium on edullinen, runsas ja vähemmän tuhoisa vaihtoehto, mutta niiden tällä hetkellä luomat täysin kiinteän olomuodon akut eivät toimi yhtä hyvin huoneenlämmössä.

”Kyse ei ole natriumin ja litiumin vastakkainasettelusta. Tarvitsemme molempia. Kun ajattelemme tulevaisuuden energian varastointiratkaisuja, meidän tulisi kuvitella, että sama gigatehdas voi tuottaa sekä litium- että natriumkemiaan perustuvia tuotteita”, sanoo Y. Shirley Meng, molekyylitekniikan professori UChicagon Pritzkerin molekyylitekniikan koulussa (UChicago PME). ”Tämä uusi tutkimus vie meitä lähemmäksi tätä lopullista tavoitetta ja samalla edistää perustiedettä.”

Mengin laboratorion julkaisema tutkimusartikkeli auttaa korjaamaan tämän ongelman. Heidän tutkimuksensa nostaa natriumpohjaisten täyskiinteän olomuodon akkujen vertailuarvoa osoittamalla paksut katodit, jotka säilyttävät suorituskykynsä huoneenlämmössä aina pakkaseen asti.

Tutkimus auttaa asettamaan natriumin tasavertaisempaan toimintakenttään litiumin kanssa sähkökemiallisen suorituskyvyn suhteen, sanoi työn ensimmäinen kirjoittaja Sam Oh.

”Läpimurtomme on se, että olemme itse asiassa stabiloimassa metastabiilia rakennetta, jollaista ei ole aiemmin raportoitu”, Oh sanoi. ”Tämä natriumhydridoboraatin metastabiili rakenne on erittäin ionijohtava, ainakin yhden kertaluokan korkeampi kuin kirjallisuudessa raportoitu ja kolmesta neljään kertaluokkaa korkeampi kuin esiaste itse.”

”Koska tämä tekniikka on vakiintunut, pystymme paremmin skaalaamaan sitä tulevaisuudessa”, Oh sanoi. ”Jos ehdotat jotain uutta tai jos on tarvetta muuttaa tai luoda prosesseja, teollisuus on haluttomampi hyväksymään sitä.”

Yhdistämällä tämä metastabiili faasi kloridipohjaisella kiinteällä elektrolyytillä päällystetyn O3-tyyppisen katodin kanssa voidaan luoda paksuja, suuren pinta-alan omaavia katodeja, jotka vievät tämän uuden suunnittelun aiempia natriumakkuja pidemmälle. Toisin kuin ohuella katodilla varustetuissa suunnittelustrategioissa, tämä paksu katodi sisältäisi vähemmän inaktiivisia materiaaleja ja enemmän katodin "massaa".

”Mitä paksumpi katodi on, sitä parempi on akun teoreettinen energiatiheys – tietyllä alueella säilyvän energian määrä”, Oh sanoi.

Nykyinen tutkimus edistää natriumia akuille sopivana vaihtoehtona, mikä on elintärkeä askel litiumin harvinaisuuden ja ympäristöhaittojen torjumiseksi. Se on yksi monista askeleista eteenpäin.

"Matka on vielä pitkä, mutta se, mitä olemme tehneet tämän tutkimuksen parissa, auttaa avaamaan tämän mahdollisuuden", Oh sanoi.

Aiheesta aiemmin:

Uusi käänne akkujen suunnitteluun

Korkean suorituskyvyn katodi natrium-ioni akuille

Uusi ympäristöystävällinen materiaali natrium-ioni akulle