Super billigt jordelement til at fremme ny batteriteknologi til industrien

De fleste af nutidens batterier består af sjældent lithium udvundet fra bjergene i Sydamerika. Hvis verden udtømmer denne kilde, så kan batteriproduktionen stagnere.

Natrium er et meget billigt og jordrigt alternativ til at bruge lithium-ion-batterier, der også er kendt for at blive lilla og forbrændes, hvis de udsættes for vand - endda kun vand i luften.

Verdensomspændende bestræbelser på at gøre natrium-ion-batterier lige så funktionelle som lithium-ion-batterier har for længst kontrolleret natriums tendens til at eksplodere, men endnu ikke løst, hvordan man forhindrer natrium-ioner i at "gå tabt" i løbet af de første par gange, et batteri oplades og aflades. Nu, Purdue University-forskere lavede en natriumpulverversion, der løser dette problem og holder en opladning korrekt.

"At tilføje fremstillet natriumpulver under elektrodebehandling kræver kun små ændringer af batteriproduktionsprocessen, " sagde Vilas Pol, Purdue lektor i kemiteknik. "Dette er en potentiel måde at udvikle natrium-ion batteriteknologi til industrien."

Undersøgelsen blev gjort tilgængelig online i juni 2018 forud for tryk den 31. august, 2018 i Journal of Power Sources .

Dette arbejde stemmer overens med Purdues fejring af gigantiske spring, anerkender universitetets globale fremskridt inden for sundhed, plads, kunstig intelligens og bæredygtighed som en del af Purdues 150-års jubilæum. Det er de fire temaer for den årelange fests Idéfestival, designet til at fremvise Purdue som et intellektuelt center, der løser problemer i den virkelige verden.

Selvom natrium-ion-batterier ville være fysisk tungere end lithium-ion-teknologi, forskere har undersøgt natrium-ion-batterier, fordi de kunne lagre energi til store sol- og vindkraftanlæg til lavere omkostninger.

Problemet er, at natriumioner klæber til den hårde kulstof-ende af et batteri, kaldet en anode, under de indledende opladningscyklusser og ikke rejse over til katodeenden. Ionerne opbygges til en struktur kaldet en "fast elektrolytgrænseflade."

"Normalt er den faste elektrolytgrænseflade god, fordi den beskytter kulstofpartikler fra et batteris sure elektrolyt, hvor elektricitet ledes, " sagde Pol. "Men for meget af grænsefladen forbruger de natriumioner, som vi har brug for til at oplade batteriet."

Purdue-forskere foreslog at bruge natrium som et pulver, som giver den nødvendige mængde natrium til den faste elektrolytgrænseflade for at beskytte kulstof, men opbygges ikke på en måde, så det forbruger natriumioner.

De minimerede natriums eksponering for den fugt, der ville få det til at forbrænde, ved at lave natriumpulveret i et handskerum fyldt med gassen argon. For at lave pulveret, de brugte en ultralyd - det samme værktøj, der bruges til at overvåge udviklingen af ​​et foster - til at smelte natriumstykker til en mælkeagtig lilla væske. Væsken afkøles derefter til et pulver, og blev suspenderet i en hexanopløsning for jævnt at dispergere pulverpartiklerne.

Blot et par dråber af natriumsuspensionen på anode- eller katodeelektroderne under deres fremstilling tillader en natriumion-battericelle at oplade og aflade med mere stabilitet og med højere kapacitet - minimumskravene til et funktionelt batteri.