Detaily článku

Nový objev přiblížil vysněnou technologii baterií k realitě

Sodíko-sirná baterie vytvořená inženýry z Texaské univerzity v Austinu řeší jednu z největších překážek, která dosud bránila této technologii stát se komerčně životaschopnou alternativou k všudypřítomným lithium-iontovým bateriím, které pohánějí vše od chytrých telefonů až po elektromobily.

Sodík a síra se jeví jako atraktivní materiály pro budoucí výrobu baterií, protože jsou levnější a dostupnější než materiály, jako je lithium a kobalt, které jsou navíc spojeny s problémy v oblasti životního prostředí a lidských práv. Z tohoto důvodu vědci již dvě desetiletí pracují na tom, aby byly baterie na bázi sodíku při pokojové teplotě životaschopné.

Datum: 10.12.2021

baterie, katalýza

"Říkám tomu technologie snů, protože sodík a síra jsou hojně dostupné, neškodí životnímu prostředí a mají nejnižší náklady, na které si vzpomenete," řekl Arumugam Manthiram, ředitel Texaského materiálového institutu UT a profesor Walkerovy katedry strojírenství. "S rozšiřující se elektrifikací a rostoucí potřebou skladování energie z obnovitelných zdrojů budou v budoucnu náklady a cenová dostupnost jediným dominantním faktorem."

V jednom ze dvou nedávných pokroků v oblasti sodíkových baterií z UT Austin vědci upravili složení elektrolytu, tedy kapaliny, která usnadňuje pohyb iontů tam a zpět mezi katodou a anodou a stimuluje tak nabíjení a vybíjení baterií. Zabývali se běžným problémem sodíkových baterií, kterým je růst jehličkovitých struktur, tzv. dendritů, na anodě, které mohou způsobit rychlou degradaci baterie, zkrat, a dokonce požár nebo výbuch.

Své výsledky vědci zveřejnili v nedávném článku v časopise Journal of the American Chemical Society.

V předchozích elektrolytech pro sodíkové baterie se mezisloučeniny vytvořené ze síry rozpouštěly v kapalném elektrolytu a migrovaly mezi oběma elektrodami v baterii. Tato dynamika, známá jako "shuttling", může vést ke ztrátám materiálu, degradaci součástí a tvorbě dendritů.

Výzkumníci vytvořili elektrolyt, který zabraňuje rozpouštění síry, a tím řeší problémy s kyvadlovou dopravou a dendrity. To umožňuje delší životnost baterie, která vykazuje stabilní výkonnost po dobu 300 cyklů nabíjení a vybíjení.

"Když dáte do vody hodně cukru, stane se z ní sirup. Ne vše se rozpustí," řekl Amruth Bhargav, doktorand v Manthiramově laboratoři. "Některé věci jsou napůl spojené a napůl rozpuštěné. V baterii to chceme mít v napůl rozpuštěném stavu."

Nový elektrolyt pro baterie byl navržen v podobném duchu, a to zředěním koncentrovaného roztoku soli inertním, nezúčastněným rozpouštědlem, které zachovává "napůl rozpuštěný" stav. Vědci zjistili, že takový elektrolyt zabraňuje nežádoucím reakcím na elektrodách, a tím prodlužuje životnost baterie.

Cena lithia v posledním roce prudce vzrostla, což podtrhuje potřebu alternativ. Těžba lithia je kritizována za dopady na životní prostředí, včetně velkého využívání podzemních vod, znečištění půdy a vody a emisí uhlíku. Oproti tomu je sodík dostupný v oceánu, je levnější a šetrnější k životnímu prostředí.

Lithium-iontové baterie obvykle používají také kobalt, který je drahý a těží se převážně v africké Demokratické republice Kongo, kde má významné dopady na lidské zdraví a životní prostředí. V loňském roce společnost Manthiram předvedla lithium-iontovou baterii bez kobaltu.

Výzkumníci plánují na svém průlomovém objevu stavět a testovat jej na větších bateriích, aby zjistili, zda jej lze použít v technologiích, jako jsou elektromobily a skladování obnovitelných zdrojů, například větrných a solárních.

Zdrojem informací je Chemeurope.

Pro kompletní informace si přečtěte celý článek.