محققان باتری سدیم قابل دوام ایجاد می کنند

محققان دانشگاه ایالتی واشنگتن (WSU) و آزمایشگاه آزمایشگاه ملی شمال غربی اقیانوس آرام (PNNL) یک باتری یون سدیم ایجاد کرده اند که به همان میزان انرژی و کار می کند و همچنین برخی از مواد شیمیایی تجاری باتری لیتیوم یونی ، ساخت یک باتری بالقوه با دوام بالقوه را از بین می برد. و مواد ارزان قیمت

این تیم یکی از بهترین نتایج را در مورد باتری یون سدیم به روز اعلام کرده است . این دستگاه قادر است ظرفیتی مشابه برخی از باتری های لیتیوم یونی را تحویل داده و با موفقیت شارژ شود و پس از 1000 چرخه بیش از 80 درصد از شارژ خود را حفظ کند. این تحقیق ، به سرپرستی یوئه لین ، استاد دانشکده مهندسی مکانیک و مواد WSU ، و شیاولین لی ، دانشمند ارشد تحقیق در PNNL ، در مجله ACS Energy Letters منتشر شده است .

دکتر ایمره گیوک ، مدیر ذخیره انرژی برای دفتر انرژی وزارت انرژی که از این کار در PNNL پشتیبانی می کند ، گفت: "این یک پیشرفت بزرگ برای باتری های یون سدیم است ." "در مورد پتانسیل تعویض باتری های لیتیوم یون با Na-یون در بسیاری از برنامه ها علاقه زیادی وجود دارد."

باتری های لیتیوم یونی همه جا مورد استفاده قرار می گیرند و در بسیاری از برنامه ها مانند تلفن های همراه ، لپ تاپ ها و وسایل نقلیه برقی مورد استفاده قرار می گیرند. اما آنها از موادی مانند کبالت و لیتیوم ساخته شده اند که نادر ، گران هستند و بیشتر در خارج از ایالات متحده یافت می شوند. با افزایش تقاضا برای وسایل نقلیه برقی و ذخیره انرژی ، این مواد سخت تر می شوند و احتمالاً گران تر می شوند. باتری های مبتنی بر لیتیوم نیز در رفع تقاضای روزافزون رو به رشد برای ذخیره انرژی شبکه برق مشکل ساز خواهند بود.

از طرف دیگر ، باتری های یون سدیم ، که از سدیم ارزان ، فراوان و پایدار از اقیانوس های کره زمین یا پوسته ساخته شده اند ، می توانند نامزد مناسبی برای ذخیره انرژی در مقیاس بزرگ باشند. متأسفانه ، آنها به اندازه باتری های لیتیوم انرژی ندارند.

همچنین در شارژ مجدد مشکلاتی وجود دارد که برای ذخیره انرژی مؤثر لازم است. یک مشکل اساسی برای برخی از امیدوارکننده ترین مواد کاتدی این است که یک لایه از کریستال های سدیم غیر فعال در سطح کاتد ایجاد می شود و جریان یون های سدیم را متوقف می کند و به تبع آن باعث از بین رفتن باتری می شود.

Junhua Song ، نویسنده اصلی مقاله و دکتری WSU گفت: "مشکل اصلی این است که باتری هم چگالی انرژی بالایی داشته باشد و هم چرخه خوبی داشته باشد." فارغ التحصیل که اکنون در آزمایشگاه ملی لارنس برکلی است.

به عنوان بخشی از کار ، تیم تحقیقاتی یک کاتد اکسید فلزی لایه لایه و یک الکترولیت مایع را تشکیل دادند که شامل یون های سدیم اضافی نیز می باشد و یک سوپ شورتر ایجاد می کند که تعامل بهتری با کاتد آنها داشته باشد. طراحی کاتد و سیستم الکترولیت آنها امکان حرکت مداوم یون های سدیم را فراهم می کند ، از جلوگیری از ساخت کریستال سطح غیرفعال جلوگیری می کند و امکان تولید بی رویه برق را فراهم می آورد.

لین گفت: "تحقیقات ما نشانگر همبستگی اساسی بین تکامل ساختار کاتد و تعامل سطح با الکترولیت است." "این بهترین نتیجه ای است که تاکنون برای باتری یون سدیم با یک کاتد لایه بندی شده گزارش شده است ، نشان می دهد که این یک فناوری کاربردی است که می تواند با باتری های لیتیوم یونی قابل مقایسه باشد."

محققان اکنون در تلاشند تا تعامل مهم بین الکترولیت و کاتد خود را بهتر درک کنند ، بنابراین می توانند با مواد مختلفی برای بهبود باتری کار کنند. آنها همچنین می خواهند باتری را طراحی کنند که از کبالت ، فلز نسبتاً گران و کمیاب دیگر استفاده نکند.

"این کار راه را به سمت باتری های یون سدیم عملی هموار می کند ، و بینش های اساسی ما در مورد تعامل کاتد- الکترولیت به دست می آید که چگونه می توانیم در آینده مواد کاتدی کبالت بدون کبالت یا کم کبالت را در باتری های یون سدیم و همچنین در انواع دیگر مواد شیمیایی باتری ، "سونگ گفت. "اگر ما بتوانیم گزینه های قابل قبولی برای لیتیوم و کبالت پیدا کنیم ، باتری یون سدیم می تواند باتریهای لیتیوم یون واقعاً رقابت کند.