Nowe baterie półprzewodnikowe na bazie sodu mogą umożliwić szybsze ładowanie i większą pojemność

Naukowcy z niemieckiego Federalnego Instytutu Badań i Testowania Materiałów (BAM) przeprojektowują baterie półprzewodnikowe, aby pokonać pułap pułap osiągany przez dzisiejsze ogniwa litowo-jonowe. Ich projekt koncentruje się na nowym superjonowym elektrolicie sodowym (NASICON), który może odblokować szybsze ładowanie, dłuższą żywotność i niższe koszty bez uszczerbku dla bezpieczeństwa.

Konwencjonalne akumulatory litowo-jonowe opierają się na grafitowych anodach, które przechowują skończoną liczbę jonów. Przejście na metaliczny lit - lub tańszy, bardziej obfity sód - zwiększyłoby gęstość energii nawet o 40 procent. Problem polega na tym, że stałe anody wymagają stałego elektrolitu, a sztywny interfejs między nimi często tworzy puste przestrzenie, które wyłączają baterię. Częściowo płynna anoda może rozwiązać ten problem, ale tylko wtedy, gdy cały system pozostaje stabilny.

Zespół BAM, kierowany przez gościnnego badacza Gustava Graebera, wykazał już, że ciekła anoda alkaliczno-metalowa może dostarczyć 100 razy więcej energii niż grafit. Obecnie jednak ta rekordowa moc pojawia się dopiero w temperaturze około 250°C (482°F). Aby obniżyć tę technologię do temperatury pokojowej, naukowcy dodali potas, aby obniżyć temperaturę topnienia anody. Większość stałych elektrolitów ulega degradacji w kontakcie z potasem, więc elektrolit staje się nowym wąskim gardłem.

Materiały NASICON przełamują ten impas. Dobrze przewodzą jony w warunkach otoczenia i tolerują potas, zwłaszcza z domieszką hafnu. Hafn jest jednak rzadki i drogi. Dlatego też w ramach projektu BAM badane są domieszki ziemskie, które mogą dorównać stabilizującemu efektowi hafnu. Najbardziej obiecujące kompozycje są już integrowane i poddawane cyklom w prototypowych ogniwach sodowych.

Jeśli poszukiwania zakończą się sukcesem, baterie półprzewodnikowe na bazie sodu mogą przenieść się z laboratorium do urządzeń codziennego użytku i pojazdów elektrycznych. Wyższa gęstość energii wydłużyłaby czas pracy, podczas gdy stałe elektrolity poprawiłyby wewnętrzne bezpieczeństwo. Szybsze ładowanie i łańcuch dostaw, który opiera się na obfitym sodzie, a nie na rzadkim litu i kobalcie, sprawiłyby, że technologia ta byłaby atrakcyjna również w przypadku magazynowania w sieci, co byłoby stopniowym, ale znaczącym krokiem w kierunku systemów energetycznych o niższej emisji dwutlenku węgla.