Οι μπαταρίες νατρίου στερεάς κατάστασης αποτελούν μια πολλά υποσχόμενη εναλλακτική λύση στις μπαταρίες λιθίου.

Η τρέχουσα έρευνα τοποθετεί το νάτριο ως βιώσιμη εναλλακτική λύση για τις μπαταρίες, ένα σημαντικό βήμα προς την αντιμετώπιση της σπανιότητάς του και των περιβαλλοντικών επιπτώσεών του.

Ερευνητές ανέπτυξαν μια μπαταρία νατρίου στερεάς κατάστασης που διατηρεί την απόδοσή της σε θερμοκρασίες υπό το μηδέν. Η μπαταρία, η οποία αναπτύχθηκε από ερευνητές του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνια στο Σαν Ντιέγκο, θα μπορούσε να βοηθήσει στην αντικατάσταση συσκευών τροφοδοσίας με βάση το λίθιο.

Οι ερευνητές αποκάλυψαν επίσης ότι το νάτριο είναι μια φθηνή, άφθονη και λιγότερο επιβλαβής εναλλακτική λύση, αλλά οι μπαταρίες στερεάς κατάστασης που δημιούργησαν προς το παρόν δεν λειτουργούν καλά σε θερμοκρασία δωματίου.

Η έρευνα διεξήχθη από την καθηγήτρια Y. Shirley Meng, Σχολή Μοριακής Μηχανικής Pritzker, Πανεπιστήμιο του Σικάγο.

Οι μηχανικοί θέρμαναν μια ημισταθερή μορφή υδροϊδοβορικού νατρίου μέχρι το σημείο που άρχισε να κρυσταλλώνεται και στη συνέχεια την ψύξανε γρήγορα για να σταθεροποιήσουν κινητικά την κρυσταλλική δομή. Πρόκειται για μια ευρέως αναγνωρισμένη τεχνική, η οποία όμως δεν είχε εφαρμοστεί ποτέ πριν σε στερεό ηλεκτρολύτη.

Αυτή η εξοικείωση θα μπορούσε να βοηθήσει στη μετατροπή αυτής της εργαστηριακής καινοτομίας σε ένα πραγματικό προϊόν στο μέλλον, λένε οι ερευνητές.

«Δεν είναι θέμα νατρίου έναντι λιθίου, χρειαζόμαστε και τα δύο», δήλωσε η καθηγήτρια Y. Shirley Meng, της Σχολής Μοριακής Μηχανικής Pritzker του Πανεπιστημίου του Σικάγο (UChicago PME - ΗΠΑ). «Όταν σκεφτόμαστε μελλοντικές λύσεις αποθήκευσης ενέργειας, θα πρέπει να οραματιζόμαστε το ίδιο γιγάντιο εργοστάσιο να είναι σε θέση να παράγει προϊόντα που βασίζονται τόσο στη χημεία του λιθίου όσο και του νατρίου. Αυτή η νέα έρευνα μας φέρνει πιο κοντά σε αυτόν τον τελικό στόχο, ενώ παράλληλα προωθεί τη θεμελιώδη επιστήμη στην πορεία».

Η ομάδα σημειώνει επίσης ότι η χημεία του νατρίου είναι ενδιαφέρουσα, αλλά ο στερεός ηλεκτρολύτης νατρίου παρουσιάζει περιορισμένη ιοντική αγωγιμότητα σε θερμοκρασία δωματίου.

Η εργασία της ομάδας του UC San Diego συνδυάζει υπολογιστικά και πειραματικά δεδομένα για να αξιολογήσει τη μετασταθή φύση του υδροϊδοβορικού νατρίου και καταδεικνύει ότι η ταχεία ψύξη από το καθεστώς κρυστάλλωσης κλειδώνει την ορθορομβική δυναμική φάσης με γρήγορη μετανάστευση Na+.

Οι μπαταρίες νατρίου στερεάς κατάστασης προσφέρουν ελπίδα για μια λιγότερο επιβλαβή για το περιβάλλον ενεργειακή λύση.

Οι ερευνητές σημειώνουν ότι όταν συνδυάζεται με μια κάθοδο με βάση το χλωρίδιο, επικαλυμμένη με στερεό ηλεκτρολύτη, αυτή η υπερσταθερή φάση επιτρέπει τη δημιουργία πυκνών σύνθετων καθόδων με υψηλό φορτίο επιφάνειας που διατηρούν την απόδοση σε θερμοκρασίες υπό το μηδέν.

«Δεδομένου ότι η βασική αρχή είναι η κινητική σταθεροποίηση του ανιονικού πλαισίου που ευνοεί τη διάχυση, αυτή η προσέγγιση μπορεί να μεταφερθεί σε σχετικά υδριδοβορικά και άλλες χημικές ενώσεις ανιονικών συμπλεγμάτων. Αυτή η εργασία παρέχει μια πρακτική στρατηγική σχεδιασμού και κατευθυντήριες γραμμές επεξεργασίας για στερεούς ηλεκτρολύτες υψηλής απόδοσης», αναφέρει η ομάδα.

Ο συν-συγγραφέας Sam Oh του Ινστιτούτου Έρευνας και Μηχανικής Υλικών A*STAR στη Σιγκαπούρη, δήλωσε ότι η έρευνα βοηθά στην εξισορρόπηση του νατρίου με το λίθιο όσον αφορά την ηλεκτροχημική απόδοση.

«Η σημαντική ανακάλυψη που πετύχαμε είναι ότι στην πραγματικότητα σταθεροποιούμε μια ημισταθερή δομή που δεν έχει αναφερθεί ποτέ πριν. Αυτή η ημισταθερή δομή του υδροϊδοβορικού νατρίου έχει πολύ υψηλή ιοντική αγωγιμότητα, τουλάχιστον μία τάξη μεγέθους υψηλότερη από την ιοντική αγωγιμότητα που αναφέρεται στη βιβλιογραφία και τρεις έως τέσσερις τάξεις μεγέθους υψηλότερη από τον ίδιο τον πρόδρομο.»

Αυτή η έρευνα προσφέρει την προοπτική χρήσης μιας πολύ φθηνότερης και πιο εύκολα διαθέσιμης πρώτης ύλης από το λίθιο. Για πολλά χρόνια, παράλληλα με την ανάπτυξη φορητών ψηφιακών συσκευών, η ανθρωπότητα έπρεπε να κάνει τεράστιους περιβαλλοντικούς συμβιβασμούς κατά την εξόρυξη και τον καθαρισμό του λιθίου.

Λύση για μπαταρίες νατρίου στερεάς κατάστασης με στόχο τον περιορισμό της ρύπανσης από την εξόρυξη λιθίου.

Ενδιαφέρουσα Μηχανική Δείτε τον σύνδεσμο πηγής

Σύνδεσμος αρχικής ανάρτησης Αντιγραφή συνδέσμου

https://interestingengineering.com/energy/all-solid-state-sodium-batteries-created

Πηγή: https://khoahocdoisong.vn/pin-natri-the-ran-co-trien-vong-thay-the-cho-cac-loai-pin-lithium-post2149056855.html