Forrás: Új világtudat |  2020.06.06.

Mindennapi technológiáink nagy része akkumulátorokkal működik, és a lítium-ion újratölthető elemek fontosságát nem lehet eléggé hangsúlyozni. Hátrányuk azonban, hogy az előállításuk drága, és nehezen hozzáférhető forrásokból származó anyagokra van szükség a gyártásukhoz.

Van azonban egy alternatíva, a nátrium-ion akkumulátorok, melyek olcsóbbak és könnyebben előállíthatók, ha meg tudjuk oldani, hogy hasonló teljesítményt nyújtsanak, mint a túlnyomórészt jelenleg alkalmazott lítium-ion technológiák. Most valószínűleg egy hatalmas lépést sikerült tenni ezen cél elérése érdekében.

A kutatók eddig az egyik legjobb eredményt érték el egy nátrium-ion akkumulátorral, amely ugyanannyi energiát képes tárolni, mint lítium-ion társai, és ugyanolyan jól teljesít, mint néhány kereskedelmi lítium-ion akkumulátor. Ez egy "jelentős fejlemény" a nátrium-ion (Na-ion) akkumulátor kutatásában, mondja a csapat.

Az egyik terület, ahol a nátrium-ion akkumulátorok különösen hasznosak lehetnek, a nagy léptékű energiatárolás. Ahogy a világ áttér a megújuló energiára, ez a tárolás egyre fontosabb lesz, és olyan akkumulátor technológiára van szükségünk, amelyet olcsón lehet előállítani és egyszerű méretezni.

"A legfontosabb kihívás az akkumulátor nagy energiasűrűsége és jó életciklusa," - mondja Junhua Song, a Lawrence Berkeley Nemzeti Laboratórium anyagmérnöke.

Jelenleg a lítium-ion akkumulátoroknak megvan az az előnye a nátrium-ion társaival szemben, hogy hosszabb ideig képes több energiát megtartani. Ennek egyik oka az, hogy a katódhoz felhasznált sok potenciális anyag - az akkumulátor azon része, amely az áramló elektronokat befogadja - inaktív nátriumkristályok káros felhalmozódásával jár, ami végül tönkreteszi az energiaátadást.

Hogy ezt kiküszöböljék, a tudósok egy rétegelt fém-oxid katódot építettek és kidolgoztak egy folyékony elektrolitot, amely további nátrium-ionokat tartalmaz. Ennek eredményeként sósabb keverék alakult ki az akkumulátor belsejében, jobb interakció volt a katóddal, és nem gyűltek össze a nátrium kristályok. (1)

1000 ciklus folyamán az új Na-ion akkumulátor képes megtartani a töltés több mint 80%-át, ami még nem elég ahhoz, hogy bekerüljön az okostelefonokba, de óriási előrelépést jelent az alternatív akkumulátor technológia területén, és még ígéretesebb fejlődést ígér a jövőben.

"Kutatásunk feltárta a katód szerkezetének változása és az elektrolit közötti felületi kölcsönhatás alapvető összefüggéseit," - mondta Yuehe Lin, a Washingtoni Állami Egyetemen dolgozó anyagtudós.

"Ez a legjobb eredmény, amelyről valaha rétegezett katódos nátrium-ion akkumulátorok esetében beszámoltak, ami azt mutatja, hogy ez egy életképes technológia, amely összehasonlítható a lítium-ion akkumulátorokkal."
 

<

A kutatók azonban nem állnak itt meg, azt mondják, hogy közelebbről szeretnék megnézni az elektrolit és a katód kölcsönhatásait, és tovább javítanák a hatékonyságot. Arra is törekednek, hogy kiküszöböljék a kobalt használatát, amely egy másik anyag, amely ritka és nehezen hozzáférhető, de gyakran használják a kereskedelmi lítium-ion és a kísérleti nátrium-ion akkumulátorokban.

Noha a lítium-ion jelenleg egyeduralkodó a piacon a telefonok, laptopok és elektromos autók tekintetében, vannak gyengeségei, nem utolsósorban a lítium drága beszerzése. Minél több szükségünk lesz ezekre az akkumulátorokra, annál inkább elkerülhetetlen egy alternatív technológia kifejlesztése.

Ez nem azt jelenti, hogy az újítások nem történhetnek meg a lítium-ion akkumulátorok esetében, mivel a tudósok igyekeznek kitalálni, hogyan tarthatnának tovább és miként lehetne gyorsabban feltölteni. Minél több lehetőség van az asztalon, annál jobb, legyen az lítium-ion, nátrium-ion vagy valamilyen más megoldás.

"Ez a munka előkészíti a gyakorlati nátrium-ion akkumulátorok felé vezető utat, és a katód-elektrolit kölcsönhatásról szerzett alapvető ismeretek rávilágítanak arra, hogy hogyan fejleszthetjük a jövőben a kobaltmentes vagy alacsony kobalttartalmú katód anyagokat nátrium-ion, valamint más típusú akkumulátorokban,"- mondja Song.

"Ha találunk életképes alternatívákat mind a lítium, mind a kobalt helyett, a nátrium-ion akkumulátor valóban versenyképes lehet a lítium-ion akkumulátorokkal szemben, ami mindent megváltoztatna." (2)

(1) - https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsenergylett.0c0070
(2) - https://news.wsu.edu/2020/06/01/researchers-develop