Ny højkapacitet natrium-ion kunne erstatte lithium i genopladelige batterier

Forskere fra University of Birmingham baner vejen for at udskifte lithium i lithium-ion-batterier med natrium, ifølge forskning offentliggjort i Journal of the American Chemical Society .

Lithium-ion-batterier (LIB) er genopladelige og er meget udbredt i bærbare computere, mobiltelefoner og i hybrid- og fuldelektriske køretøjer. Elbilen er en afgørende teknologi til bekæmpelse af forurening i byer og realisering af en æra med ren bæredygtig transport.

Lithium er dog dyrt, og ressourcerne er ujævnt fordelt over hele planeten. Store mængder drikkevand bruges til lithiumudvinding, og udvindingsteknikker bliver mere energikrævende i takt med at efterspørgslen efter lithium stiger – et 'eget mål' med hensyn til bæredygtighed.

Med den stadigt stigende efterspørgsel efter elbiler, behovet for pålidelige genopladelige batterier stiger dramatisk, så der er stor interesse for at finde en anden ladebærer end lithium, der er billig og let tilgængelig.

Natrium er billigt og kan findes i havvand, så det er praktisk talt ubegrænset. Imidlertid, natrium er en større ion end lithium, så det er ikke muligt blot at "bytte" det til lithium i de nuværende teknologier. For eksempel, i modsætning til lithium, natrium vil ikke passe mellem kulstoflagene i den allestedsnærværende LIB-anode, grafit.

Forskerne havde brug for at finde nye materialer til at fungere som batterikomponenter til natrium-ion-batterier, der vil konkurrere med lithium om kapacitet, opladningshastighed, energi og effekttæthed.

Kørsel af kvantemekaniske modeller på supercomputere, Dr. Andrew Morris' team fra University of Birminghams afdeling for metallurgi og materialer var i stand til at forudsige, hvad der sker, når natrium indsættes i fosfor.

I samarbejde med Dr. Lauren Marbella og professor Clare Greys team ved University of Cambridge, hvem udførte de eksperimenter, der har bekræftet forudsigelserne, de fandt ud af, at fosforet danner spiraler på mellemliggende stadier af opladningen.

Forskerne identificerede den endelige sammensætning af elektroden, som giver en endelig kapacitet af ladningsbærere syv gange større end grafit for samme vægt. Dette giver os frisk indsigt i, hvordan man laver højkapacitets natriumion-anoder.

Dr. Andrew Morris sagde:"Dette er en kæmpe gevinst for computermaterialevidenskab. Vi forudsagde, hvordan fosfor ville opføre sig som en elektrode i 2016 og var nu i stand til, med professor Greys team for at give indsigt i eksperimenter og lære at gøre vores forudsigelser bedre. Det er forbløffende, hvor stærke kombinerede teori-eksperimentelle tilgange er. "