Bateriile Na-ion, o alternativă promiţătoare la bateriile Li-ion

O mare parte din tehnologia noastră de zi cu zi se bazează pe utilizarea bateriilor Li-ion a căror producţie este costisitoare, ca urmare a utilizării unor materiale dificil de obţinut.

Alternativa o reprezintă bateriile cu ioni de sodiu care au potențialul de a fi mai ieftine și mai ușor de produs.

Cercetătorii au obţinut recent cele mai bune rezultate cu o baterie cu ioni de sodiu. Aceasta poate stoca o cantitate la fel de mare de energie ca şi o baterie cu ioni de litiu și funcționează la fel de bine ca unele baterii comerciale Li-ion.

Cercetătorii afirmă ca acesta este un „progres major” în cercetarea bateriilor Na-ion, care s-ar putea dovedi deosebit de utile pentru stocarea de energie pe scară largă.

Pe măsură ce tranziţia către energia regenerabilă se va accelera, stocarea energiei va fi din ce în ce mai importantă și pentru aceasta avem nevoie de o nouă tehnologie de fabricaţie a unor baterii mai ieftine și mai uşor de produs pentru stocarea energiei.

„Provocarea cheie este ca bateria să aibă atât o densitate de energie ridicată, cât și o durată de viață bună”, a declarat Junhua Song, inginer în cadrul Lawrence Berkeley National Laboratory, SUA.

Junhua Song  prezintă bateria Na-ion. Credit: Washington State University.

În acest moment, bateriile cu ioni de litiu prezintă avantajul că rezistă mai mult și păstrează mai multă energie în comparaţie cu bateriile cu ioni de sodiu.

Unul dintre motive este acela că multe materiale care ar putea fi utilizate pentru construcţia catodului provoacă o acumulare dăunătoare de cristale de sodiu inactive, care, în cele din urmă, întrerupe transferul de energie.

Pentru a evita acest lucru, oamenii de știință au creat un catod cu oxid de metal stratificat și au dezvoltat un electrolit lichid care reţine ionii de sodiu suplimentari. Această soluţie constructivă a condus la un amestec mai sărat în interiorul bateriei, o interacțiune mai bună cu catodul și a eliminat acumularea de cristale de sodiu.

Pe parcursul a 1.000 de cicluri de funcţionare, noua baterie Na-ion își păstrează mai mult de 80% din capacitatea de încărcare. Chiar dacă nu este suficient pentru ca bateria Na-ion să fie utilizată într-un smartphone, această realizare reprezintă un progres imens spre o tehnologia alternativă a bateriilor.

„Cercetările noastre au evidenţiat legătura esențială dintre structura catodului și interacțiunea suprafeței cu electrolitul.

Acestea sunt cele mai bune rezultate care au fost anunţate vreodată pentru o baterie cu ioni de sodiu cu un catod stratificat, arătând că aceasta este o tehnologie viabilă care poate fi comparabilă cu cea a bateriilor cu litiu”, a declarat Yuehe Lin, cercetător în cadrul Washington State University.

Cercetătorii şi-au propus să studieze mai atent interacțiunile dintre electrolit și catod și să îmbunătățească eficiența și mai mult. De asemenea, ei vor să elimine utilizarea cobaltului, care este un alt material rar și greu de procurat, dar care este frecvent utilizat în construcţia bateriilor comerciale Li-ion și în bateriile Na-ion experimentale.

În acest moment bateriile Li-ion predomină în telefoane, laptopuri și mașini electrice, dar prezintă dezavantajul utilizării litiului, care este scump şi limitat. Dacă vom avea nevoie de un număr tot mai mare de baterii, este logic să avem o alternativă.

Aceasta nu înseamnă că nu vor mai fi inovații în ceea ce priveşte bateriile cu ioni de litiu: oamenii de știință studiază noi modalităţi pentru ca aceste baterii să dureze mai mult și să se încarce mai repede.

Cu cât avem mai multe opțiuni, cu atât mai bine, fie că este vorba de Li-ion, Na-ion sau altceva.

„Această lucrare deschide calea producerii unor baterii Na-ion practice, iar ideile fundamentale pe care le-am obținut în legătură cu interacțiunea catod-electrolit sunt utile în ceea ce priveşte modul cum am putea dezvolta noi materiale catodice fără cobalt sau cu un conţinut scăzut de cobalt în baterii cu ioni de sodiu, precum și în alte tipuri de baterii.

Dacă putem găsi alternative viabile, atât pentru litiu cât și pentru cobalt, atunci bateria Na-ion ar putea fi cu adevărat competitivă cu bateria Li-ion”, a declarat Song.

Cercetarea a fost publicată în ACS Energy Letters.

Sursă: Science Alert