Materiali i ri për bateritë me jon natriumi sjell një të ardhme të përballueshme dhe të qëndrueshme

Ndërsa bateritë litium-jon kanë qenë teknologjia e përdorur për gjithçka, nga telefonat inteligjentë dhe laptopët te makinat elektrike, ka shqetësime në rritje për të ardhmen sepse litiumi është relativisht i pakët, i shtrenjtë dhe i vështirë për t’u burimuar dhe së shpejti mund të jetë në rrezik për shkak të gjeopolitikës. konsideratat. Shkencëtarët në mbarë botën po punojnë për të krijuar alternativa të qëndrueshme.

Një ekip ndërkombëtar studiuesish ndërdisiplinorë, duke përfshirë Laboratorin Kërkimor Canepa në Universitetin e Hjustonit, ka zhvilluar një lloj të ri materiali për bateritë me jon natriumi që mund t’i bëjë ato më efikase dhe të rrisë performancën e tyre energjetike, duke hapur rrugën për një më të qëndrueshme dhe më të qëndrueshme dhe e ardhmja e përballueshme e energjisë.

Gjetjet janë publikuar në revistën Nature Materials.

Materiali i ri , natriumi vanadium fosfat me formulën kimike Na x V 2 (PO 4 ) 3 , përmirëson performancën e baterisë me jon natriumi duke rritur densitetin e energjisë – sasinë e energjisë së ruajtur për kilogram – me më shumë se 15%. Me një densitet më të lartë energjie prej 458 vat-orë për kilogram (Wh/kg) krahasuar me 396 Wh/kg në bateritë e vjetra me jon natriumi, ky material e afron teknologjinë e natriumit në konkurrencë me bateritë litium-jon.

“Natriumi është gati 50 herë më i lirë se litiumi dhe madje mund të merret nga uji i detit, duke e bërë atë një opsion shumë më të qëndrueshëm për ruajtjen e energjisë në shkallë të gjerë,” tha Pieremanuele Canepa, Robert Welch asistent profesor i inxhinierisë elektrike dhe kompjuterike në UH dhe studiues kryesor. të laboratorit Canepa.

“Bateritë me jon natriumi mund të jenë më të lira dhe më të lehta për t’u prodhuar, duke ndihmuar në uljen e varësisë nga litiumi dhe duke e bërë teknologjinë e baterive më të aksesueshme në mbarë botën.”

Laboratori Canepa, i cili përdor ekspertizën teorike dhe metodat llogaritëse për të zbuluar materiale dhe molekula të reja për të ndihmuar në avancimin e teknologjive të energjisë së pastër, bashkëpunoi me grupet kërkimore të kryesuara nga studiuesit francezë Christian Masquelier dhe Laurence Croguennec nga Laboratoire de Reáctivité et de Chimie des Solides, i cili është një laborator CNRS pjesë e Université de Picardie Jules Verne, në Amiens France, dhe Institut de Chimie de la Matière Condensée de Bordeaux, Université de Bordeaux, Bordeaux, Francë për punën eksperimentale në projekt. Kjo lejoi që modelimi teorik të kalonte përmes vërtetimit eksperimental.

Studiuesit krijuan një prototip baterie duke përdorur materialin e ri, Na x V 2 (PO 4 ) 3 , duke demonstruar përmirësime të rëndësishme të ruajtjes së energjisë. Na x V 2 (PO 4 ) 3 , pjesë e një grupi të quajtur “përçues superionikë Na” ose NaSICONs, është projektuar për të lejuar që jonet e natriumit të lëvizin pa probleme brenda dhe jashtë baterisë gjatë karikimit dhe shkarkimit.

Ndryshe nga materialet ekzistuese, ai ka një mënyrë unike të trajtimit të natriumit, duke e lejuar atë të funksionojë si një sistem njëfazor. Kjo do të thotë se ai mbetet i qëndrueshëm ndërsa çliron ose merr jonet e natriumit. Kjo lejon që NaSICON të mbetet i qëndrueshëm gjatë karikimit dhe shkarkimit ndërsa jep një tension të vazhdueshëm prej 3.7 volt kundrejt metalit të natriumit, më i lartë se 3.37 volt në materialet ekzistuese.

Ndërsa ky ndryshim mund të duket i vogël, ai rrit ndjeshëm densitetin e energjisë së baterisë ose sa energji mund të ruajë për peshën e saj. Çelësi i efikasitetit të tij është vanadiumi, i cili mund të ekzistojë në shumë gjendje të qëndrueshme, duke e lejuar atë të mbajë dhe lëshojë më shumë energji.

“Ndryshimi i vazhdueshëm i tensionit është një veçori kryesore,” tha Canepa. “Kjo do të thotë se bateria mund të funksionojë në mënyrë më efikase pa kompromentuar stabilitetin e elektrodës. Ky është një ndryshim i lojës për teknologjinë e joneve të natriumit.”

Implikimet e kësaj pune shtrihen përtej baterive të joneve të natriumit. Metoda e sintezës e përdorur për të krijuar Na x V 2 (PO 4 ) 3 mund të aplikohet në materiale të tjera me kimi të ngjashme, duke hapur mundësi të reja për teknologjitë e avancuara të ruajtjes së energjisë. Kjo, nga ana tjetër, mund të ndikojë në gjithçka, nga bateritë më të përballueshme dhe të qëndrueshme për të fuqizuar pajisjet tona për të na ndihmuar të kalojmë në një ekonomi më të pastër të energjisë.

“Qëllimi ynë është të gjejmë zgjidhje të pastra dhe të qëndrueshme për ruajtjen e energjisë,” tha Canepa. “Ky material tregon se bateritë me jon natriumi mund të plotësojnë kërkesat për energji të lartë të teknologjisë moderne, ndërsa janë me kosto efektive dhe miqësore me mjedisin.”

Ziliang Wang, ish-student i Canepa-s dhe tani një student postdoktoral në Universitetin Northwestern, dhe Sunkyu Park, një ish-student i studiuesve francezë dhe tani një inxhinier stafi në Samsung SDI në Korenë e Jugut, kryen pjesën më të madhe të punës në këtë projekt.