Solidové sodíkové baterie jsou slibnou alternativou k lithiovým bateriím.

Výzkumníci vyvinuli plně sodíkovou baterii z pevného skupenství, která si udrží výkon i při teplotách pod bodem mrazu. Baterie, kterou vyvinuli výzkumníci z Kalifornské univerzity v San Diegu, by mohla pomoci nahradit lithiová napájecí zařízení.

Výzkumníci také odhalili, že sodík je levná, hojná a méně škodlivá alternativa, ale jimi vytvořené baterie z pevného skupenství nefungují dobře při pokojové teplotě.

ucsd-jacobsschool-2407-meng-lab-deysher-grayson-06232-8mp-1380px.jpg — Výzkum vedl profesor Y. Shirley Meng z Pritzker School of Molecular Engineering na Chicagské univerzitě.

Inženýři zahřáli polostabilní formu hydridoboritanu sodného do bodu, kdy začala krystalizovat, a poté ji rychle ochladili, aby kineticky stabilizovali krystalovou strukturu. Jedná se o široce uznávanou techniku, která však dosud nebyla použita u pevného elektrolytu.

Tato znalost by mohla v budoucnu pomoci proměnit tuto laboratorní inovaci ve skutečný produkt, tvrdí vědci.

„Nejde o sodík versus lithium, potřebujeme obojí,“ řekla profesorka Y. Shirley Meng z Pritzkerovy fakulty molekulárního inženýrství Chicagské univerzity (UChicago PME – USA). „Když přemýšlíme o budoucích řešeních pro ukládání energie, měli bychom si představit stejnou obří továrnu, která by byla schopna vyrábět produkty založené na chemii lithia i sodíku. Tento nový výzkum nás přibližuje k tomuto konečnému cíli a zároveň posouvá základní vědu vpřed.“

Tým také poznamenává, že chemie sodíku je zajímavá, ale pevný elektrolyt sodíku vykazuje při pokojové teplotě omezenou iontovou vodivost.

Práce skupiny UC San Diego kombinuje výpočetní a experimentální data k vyhodnocení metastabilní povahy hydridoboritanu sodného a ukazuje, že rychlé ochlazení z krystalizačního režimu blokuje dynamiku ortorombické fáze s rychlou migrací Na+.

Pevné sodíkové baterie nabízejí naději na energetické řešení, které je méně škodlivé pro životní prostředí.

Výzkumníci poznamenávají, že v kombinaci s katodou potaženou pevným elektrolytem na bázi chloridu umožňuje tato superstabilní fáze vytvoření hustých kompozitních katod s vysokým plošným zatížením, které si udržují výkon i při teplotách pod bodem mrazu.

„Vzhledem k tomu, že základním principem je kinetická stabilizace aniontové struktury, která upřednostňuje difuzi, je tento přístup přenositelný na příbuzné hydridoboraty a další aniontové klastrové chemie. Tato práce poskytuje praktickou strategii návrhu a pokyny pro zpracování vysoce výkonných pevných elektrolytů,“ uvádí tým.

Spoluautor Sam Oh z Institutu pro materiálový výzkum a inženýrství A*STAR v Singapuru uvedl, že výzkum pomáhá srovnat sodík s lithiem, pokud jde o elektrochemický výkon.

„Průlom, kterého jsme dosáhli, spočívá v tom, že se nám ve skutečnosti daří stabilizovat semistabilní strukturu, která dosud nebyla popsána. Tato semistabilní struktura hydroborátu sodného má velmi vysokou iontovou vodivost, nejméně o řád vyšší než iontová vodivost uváděná v literatuře a o tři až čtyři řády vyšší než samotný prekurzor.“

Tento výzkum nabízí možnost využití mnohem levnější a snadněji dostupné suroviny než je lithium. Po mnoho let, spolu s vývojem přenosných digitálních zařízení, muselo lidstvo při těžbě a rafinaci lithia dělat obrovské environmentální kompromisy.