Natrium er det nye lithium:Forskere finder en måde at øge natriumionbatteriets ydeevne på

Forskere ved Nagoya Institute of Technology (NITech) i Japan har vist, at et specifikt materiale kan fungere som en effektiv batterikomponent til natriumionbatterier, der vil konkurrere med lithium-ion-batterier om flere batterikarakteristika, især ladningshastighed.

Fundet blev offentliggjort i Videnskabelige rapporter i november 2018, og undersøgelsen blev ledet af Naoto Tanibata, Ph.d., en adjunkt ved Institut for Avanceret Keramik på NITech.

De populære lithium-ion-batterier har flere fordele-de er genopladelige og har et bredt anvendelsesspektrum. De bruges i enheder såsom bærbare computere og mobiltelefoner samt i hybrid- og fuldt elektriske biler. Elbilen - en vital teknologi til bekæmpelse af forurening i landdistrikterne samt indledning af ren og bæredygtig transport - er en vigtig spiller i bestræbelserne på at løse energi- og miljøkriser. En ulempe ved lithium er, at det er en begrænset ressource. Det er ikke kun dyrt, men dets årlige produktion er (teknisk) begrænset (på grund af tørringsprocessen). I betragtning af øget efterspørgsel efter batteridrevne enheder og især elbiler, behovet for at finde et alternativ til lithium - et, der både er billigt såvel som rigeligt - bliver presserende.

Natriumionbatterier er et attraktivt alternativ til lithiumbaserede ionbatterier af flere årsager. Natrium er ikke en begrænset ressource - det er rigeligt i jordskorpen såvel som i havvand. Også, natriumbaserede komponenter har en mulighed for at give meget hurtigere opladningstid givet det passende krystalstrukturdesign. Imidlertid, natrium kan ikke blot byttes med lithium, der bruges i de nuværende batterimaterialer, da den har en større ionstørrelse og lidt forskellig kemi. Derfor, forskere har til opgave at finde det bedste materiale til natriumionbatteri blandt et stort antal kandidater ved en forsøg-og-fejl-tilgang.

Forskere ved NITech har fundet en rationel og effektiv måde at løse dette problem på. Efter ekstraktion af omkring 4300 forbindelser fra en krystalstrukturdatabase og efter en beregning af disse forbindelser med høj kapacitet, en af ​​dem gav gunstige resultater og var derfor en lovende kandidat som en natriumionbatterikomponent. Forskerne identificerede, at Na ₂ V ₃ O ₇ viser ønskelig elektrokemisk ydeevne samt krystal og elektroniske strukturer. Denne forbindelse lover hurtig opladningsevne, da den kan oplades stabilt inden for 6 min. Forskerne demonstrerede også, at forbindelsen giver lang batterilevetid samt en kort opladningstid.

"Vores mål var at tackle den største forhindring, store batterier står over for i applikationer som f.eks. Elbiler, der i høj grad er afhængige af lange opladningstider. Vi tog fat på problemet via en søgning, der ville give materialer effektive nok til at øge batteriets hastighed".

På trods af de gunstige egenskaber og den samlede ønskede effekt på natriumionbatterier, fandt forskerne, at Na ₂ V ₃ O ₇ blev forværret i de sidste opladningsfaser, hvilket begrænser den praktiske lagerkapacitet til halvdelen af ​​den teoretiske. Som sådan, i deres fremtidige forsøg, forskerne sigter mod at fokusere på at forbedre dette materiales ydeevne, så det kan forblive stabilt under hele opladningsfasens varighed. "Vores ultimative mål er at etablere en metode, der gør det muligt for os effektivt at designe batterimaterialer via en kombination af beregningsmæssige og eksperimentelle metoder, "Dr. Tanibata tilføjer.