Tutkijat kehittävät elinkelpoisen natriumakun

WSU:n jatko-opiskelija Junhua Song ja hänen kollegansa loivat natriumioniakun, joka pitää yhtä paljon energiaa ja toimii samoin kuin eräät kaupallisia litiumioniakkukemiat. Washington State Universityn (WSU) ja Pacific Northwest National Laboratoryn (PNNL) tutkijat ovat luoneet natriumioniakun, joka pitää yhtä paljon energiaa ja toimii samoin kuin jotkin kaupalliset litium-ioniakkukemiat.

Tutkijatiimi raportoi yhdestä parhaista tuloksista tähän mennessä natrium-ioni -akuilla. Se pystyy toimittamaan joidenkin litium-ioni-akkujen kaltaisen kapasiteetin ja latautumaan sen onnistuneesti pitäen yli 80 prosenttia akun varauksesta 1000 jakson jälkeenkin.

"Tämä on merkittävä kehitys natriumioniakkujen kanssa", kertoi tohtori Imre Gyuk, joka tuki tätä työtä PNNL:ssä. "Mahdollisuudet korvata Li-ion-akut Na-ionilla ovat erittäin kiinnostavia monissa sovelluksissa."

Li-ion akuista poiketen natriumioniakut, jotka on valmistettu edullisesta, runsaasta ja kestävyyttä edustavasta natriumista, joka on peräisin maapallon valtameristä tai kuoresta, voisivat olla hyvä ehdokas laajamittaiseen energian varastointiin.

Valitettavasti niissä ei ole yhtä paljon energiaa kuin litiumakuilla. Niillä on myös vaikeuksia latautua. Avainongelma joillekin lupaavimmissa katodimateriaaleissa on se, että katodin pinnalle kerääntyy kerros passiivisia natriumkiteitä, joka pysäyttää natriumionien virtauksen ja siten tappaa akun.

"Keskeinen haaste akuille on sekä korkea energiatiheys että hyvä syklinen käyttöikä", toteaa Junhua Song, paperin johtava kirjoittaja ja WSU Ph.D, joka on nyt Lawrence Berkeleyn kansallisessa laboratoriossa.

Osana työtä tutkimusryhmä loi kerroksellisen metallioksidikatodin ja nestemäisen elektrolyytin, joka sisälsi ylimääräisiä natriumioneja, luomalla suolaisemman keiton, jolla oli parempi vuorovaikutus katodin kanssa. Suunniteltu katodi ja elektrolyyttijärjestelmä mahdollistivat natriumionien jatkuvan liikkumisen, estäen epäaktiivisten pintakiteiden muodostumisen ja mahdollistaen esteettömän sähköntuotannon.

Tutkijoiden mukaan heidän työnsä paljasti olennaisen korrelaation katodirakenteen kehityksen sekä pintavuorovaikutuksen välillä elektrolyytin kanssa", Lin sanoi. "Nämä ovat kaikkien aikojen parhaat tulokset kerroskatodilla varustetusta natrium-ioni-akusta, mikä osoittaa, että tämä on elinkelpoinen tekniikka, joka voi olla verrattavissa litium-ioniparistoihin."

Tutkijat pyrkivät nyt ymmärtämään paremmin elektrolyytin ja katodin välistä vuorovaikutusta, jotta he voivat työskennellä eri materiaalien kanssa akkusuunnittelun parantamiseksi. He haluavat myös suunnitella akun, jossa ei käytetä kobolttia, yhtä suhteellisen kallista ja harvinaista metallia.

"Tämä työ valmistaa tietä käytännöllisiin natrium-ioni-akkuihin ja katodien ja elektrolyyttien välisestä vuorovaikutuksesta saamamme perusteelliset käsitykset valaisevat, miten voimme kehittää tulevaisuuden kobolttivapaita tai vähäkobolttisia katodimateriaaleja natrium-ioni-akuissa sekä muun tyyppisissä akkukemioissa", Song sanoi. "Jos löydämme toteuttamiskelpoisia vaihtoehtoja sekä litiumille että koboltille, natrium-ioni-akku voisi todella olla kilpailukykyinen litium-ioni-akkujen kanssa.

Aiheesta aiemmin:

Näkymiä akkujen elektrodeihin

Hiilidioksidipäästöt hyötykäyttöön