Faststoffnatriumbatterier er et lovende alternativ til litiumbatterier.

Forskere har utviklet et natriumbatteri i faststoffform som opprettholder ytelsen selv ved temperaturer under null. Batteriet, som er utviklet av forskere ved University of California i San Diego, kan bidra til å erstatte litiumbaserte strømforsyninger.

Forskerne avslørte også at natrium er et billig, rikelig og mindre skadelig alternativ, men de solid-state-batteriene de har laget for øyeblikket fungerer ikke bra ved romtemperatur.

ucsd-jacobsschool-2407-meng-lab-deysher-grayson-06232-8mp-1380px.jpg — Forskningen ble ledet av professor Y. Shirley Meng, Pritzker School of Molecular Engineering, University of Chicago.

Ingeniørene varmet opp en semi-stabil form av natriumhydridoborat til det punktet hvor den begynte å krystallisere, og avkjølte den deretter raskt for å stabilisere krystallstrukturen kinetisk. Dette er en allment anerkjent teknikk, men en som aldri før hadde blitt brukt på en fast elektrolytt.

Den kjennskapen kan bidra til å gjøre denne laboratorieinnovasjonen til et reelt produkt i fremtiden, sier forskerne.

«Det handler ikke om natrium kontra litium, vi trenger begge deler», sa professor Y. Shirley Meng ved University of Chicago Pritzker School of Molecular Engineering (UChicago PME - USA). «Når vi tenker på fremtidige energilagringsløsninger, bør vi se for oss at den samme gigantiske fabrikken kan produsere produkter basert på både litium- og natriumkjemi. Denne nye forskningen bringer oss nærmere det endelige målet, samtidig som den fremmer den grunnleggende vitenskapen underveis.»

Teamet bemerker også at natriumkjemien er interessant, men den faste natriumelektrolytten viser begrenset ioneledningsevne ved romtemperatur.

UC San Diego-gruppens arbeid kombinerer beregningsmessige og eksperimentelle data for å evaluere den metastabile naturen til natriumhydridoborat og viser at rask avkjøling fra krystalliseringsregimet låser ortorombisk fasedynamikk med rask Na+-migrasjon.

Faststoffnatriumbatterier gir håp om en mindre miljøskadelig energiløsning.

Forskerne bemerker at når denne superstabile fasen kombineres med en kloridbasert fast elektrolyttbelagt katode, muliggjør den dannelsen av tette komposittkatoder med høy arealbelastning som opprettholder ytelsen ved temperaturer under null.

«Siden det grunnleggende prinsippet er å kinetisk stabilisere det anioniske rammeverket som favoriserer diffusjon, kan denne tilnærmingen overføres til relaterte hydridoborater og andre anioniske klyngekjemier. Dette arbeidet gir en praktisk designstrategi og prosesseringsretningslinjer for høypresterende faste elektrolytter», rapporterer teamet.

Medforfatter Sam Oh fra A*STAR Institute for Materials Research and Engineering i Singapore sa at forskningen bidrar til å sette natrium på like vilkår med litium når det gjelder elektrokjemisk ytelse.

"Gjennombruddet vi oppnådde er at vi faktisk stabiliserer en semistabil struktur som aldri har blitt rapportert før. Denne semistabile strukturen av natriumhydridoborat har en svært høy ionisk konduktivitet, minst én størrelsesorden høyere enn den ioniske konduktiviteten som er rapportert i litteraturen, og tre til fire størrelsesordener høyere enn selve forløperen."

Denne forskningen gir muligheten til å bruke et mye billigere og lettere tilgjengelig råmateriale enn litium. I mange år, sammen med utviklingen av bærbare digitale enheter, har menneskeheten måttet gjøre store miljømessige avveininger når de utvinner og raffinerer litium.