Natriumionbatteri giver et slag

En ny natriumionbatterikemi, der viser overlegen ydeevne over for eksisterende state-of-the-art natriumbaserede batterier, kunne være katalysatoren for at muliggøre masseproduktion af den nye teknologi til stor energilagring, f.eks. i applikationer, herunder lagring af solenergi til industriområder.

På trods af natriums appel som en lavpris, rigelig og miljøvenlig byggesten til energilagring, det er en relativt ny aktør inden for forskning og udvikling af batteriteknologi.

Et centralt problem for natriumionbatterier er, at mange af de aktive materialer, der bruges i deres kemi, er følsomme over for luft-udsættelse for selv få luftmolekyler kan forringe materialet og reducere batteriets ydeevne.

Dette har også betydet, at specialudstyr er nødvendigt for at fjerne luft til at behandle materialerne, øger deres omkostninger.

Kraftfuld og gennemførlig

Tackler både den materielle ydeevne og de industrielle gennemførlighedsspørgsmål, forskere ved University of Wollongong (UOW) Institute for Superconducting and Electronic Materials (ISEM) har med succes udviklet et materiale baseret på overgangsmetaller, der ikke er følsomt over for luft og derfor kan masseproduceres meget lettere.

Materialet har den ekstra fordel af fremragende cykelstabilitet, øge dens attraktivitet for kommercielle batteriproducenter.

"Et af de igangværende problemer for batterier er cyklussen, eller hvor mange gange det effektivt kan oplade og aflade, "sagde forsker Dr. Wenbin Luo.

"Vi var i stand til at bygge videre på tidligere forskning for at fremstille proof-of-concept battericeller for at vise dette materiales ydeevne, og det viste en fantastisk energitæthed og livscyklus.

"Ud over, vi udviklede processerne til billigt og let fremstilling af dette materiale, hvilket er en stor del af at gøre det attraktivt for kommercialisering. "

Det næste trin er at optimere materialet for at få maksimal cyklus ud af batterierne, hvilket vil være en nøglefaktor for den kommercielle levedygtighed af natriumionbatterier.

"Med nye materialer og behandlingsteknikker kan vi fokusere på videreudvikling, der vil bane vejen for overgangen til kommercialisering af dette spændende og tiltrængte alternativ til lithium-ion-batterier."

Dette materiale, rapporteret for nylig i journalen Avancerede energimaterialer , blev udviklet som et samarbejde mellem forskere fra ISEM og Guilin University of Electronic Technology i Kina og giver et stort skridt fremad i udviklingen af ​​natriumionbatterier til praktiske anvendelser.

Fra laboratorium til produktionslinje

I et andet papir, også offentliggjort for nylig i tidsskriftet Avancerede energimaterialer , forskere fra ISEM blev inviteret til at gennemgå den nuværende tilstand af natrium-ion-batteriforskning på verdensplan, især de faktorer, der holder en bredere kommercialisering af teknologien tilbage.

Natriumionbatteriudvikling er et meget omstridt forskningsområde inden for energimaterialer, og gennemgangspapiret giver en grundig forståelse af forsknings- og udviklingslandskabet.

Selvom natriumion ikke kan konkurrere med lithium i personlig elektronik på grund af dets lavere energitæthed, det ses som et levedygtigt alternativ til stor opbevaring, hvor batteriets størrelse er mindre et problem.

Til dato, meget af forskningen har fokuseret på at finjustere materialerne til batteriets hovedkomponenter, men der er ikke lagt særlig vægt på at lave en komplet celle.

"Kommercielt fuldcellet design inkluderer optimering af kapacitetsbalancering mellem katoden og anoden, at finde en stabil elektrolytopløsning, vælge passende tilsætningsstoffer og bindemidler, vælge en separator, såvel som produktionsomkostningerne for de aktive materialer til elektroderne og de samlede fremstillingsomkostninger for batterierne, "Sagde Dr. Luo.

"Dette er ikke altid en ligetil proces, da mange af disse parametre er indbyrdes afhængige, så der er en betydelig mængde forsøg og fejl i valg af den bedste kombination af designparametre.

"Vores gennemgangspapir viser dybden af ​​forskning, der viser optimering af en enkelt komponent eller et materiale, men også manglen på forskning, der bringer alle delene sammen. "

I gennemgangspapiret forskerne identificerer nøgleindikatorer for kommerciel gennemførlighed, herunder stabilitet for luft- og fugtkontakt, omkostninger ved materialer og fremstilling, elektrokemisk ydeevne, cyklus liv, anode- og katodekompatibilitet og miljøvenlighed.

"I høj grad, hvordan cykelydelsen, eller batterilevetid opfylder kravene til store energilagringssystemer vil bestemme dets kommercialiseringsfremgang, "Sagde Dr. Luo.

"Til stor opbevaring, vi er nødt til at udvikle batterier, der giver en lang levetid for at retfærdiggøre investeringen. "