Vědci vytvořili novou sodno-iontovou baterii v pevné fázi – říkají, že díky ní budou elektromobily levnější a bezpečnější
Průlomová technologie baterií by mohla výrazně zlepšit bezpečnost baterií používaných pro elektrická vozidla (EV) a mohla by zlepšit stabilitu energetických sítí, říkají vědci.
Výzkumníci učinili průlom při vývoji pevných sodno-iontových (Na-ion) baterií, které by jednoho dne mohly doplnit a nahradit lithium-iontové (Li-ion) baterie používané dnes v mnoha každodenních zařízeních.
Li-ion baterie, dominantní technologie baterií, která se nachází ve výrobcích od telefonů ve vaší ruce po elektrická auta, mohou trpět procesem známým jako „tepelný únik“. K tomu dochází, když dojde ke zkratu nebo fyzickému poškození baterie, což vyvolá samoudržující řetězovou reakci, která výrazně zvýší teplo uvnitř článků.
Komerční Li-ion baterie také obvykle obsahují organické kapalné elektrolyty, které jsou nezbytnou složkou pro hustotu energie, stejně jako pro účinné nabíjení a vybíjení. Tyto kapalné elektrolyty jsou vysoce hořlavé a mohou vést k vznícení baterií nebo dokonce při poškození exploduje.
Na-iontové baterie by mohly být bezpečnější alternativou, protože obsahují stabilnější katodové materiály a sodíkové ionty mají menší elektrochemický potenciál než lithiové ionty, takže jsou méně náchylné k tepelnému úniku.
Nevýhodou je, že Na-ion baterie mají relativně nízkou hustotu energie ve srovnání s Li-ion bateriemi, což znamená, že mezi nabíjením vydrží kratší dobu. Na-iontové baterie se navíc mohou v současnosti rychleji rozkládat, což má za následek nižší celkovou životnost. Oba tyto faktory historicky bránily tomu, aby se Na-iontové baterie staly mainstreamem.
Ale jak je uvedeno v novém výzkumu, vědci vyrobili pevný materiál obsahující síru a chlór, který napomáhá vodivosti podobným způsobem jako kapalné elektrolyty a zároveň poskytuje mnohem lepší stabilitu. Nová baterie vykazovala coulombickou účinnost 99,26 % po 600 nabíjecích cyklech při 0,1 C (10hodinové vybíjení), což se blíží 99 % nebo více, kterých dosahují lithiové baterie.
Náročná dominance lithia
„Tekutý elektrolyt v baterii jsme nahradili elektrolytem v pevné fázi – je nehořlavý,“ Yang Zhaoprofesor na katedře mechanického a materiálového inženýrství na Western University, řekl v a video nahrané na YouTube.
Tým také používal kanadský zdroj světla, kanadský národní synchrotron zařízení, zkoumat pohyb iontů uvnitř jejich pevného elektrolytu, což potvrdilo jejich výsledky.
„Tyto rentgenové nástroje nám umožňují vidět místní chemické prostředí, iontové dráhy a vazebné struktury způsobem, který běžné laboratorní přístroje nemohou,“ řekl Zhao v dalším prohlášení. „Jsou naprosto nezbytné pro vývoj materiálů pro pevné baterie.“
Nová technologie baterií by mohla pomoci vést k širokému používání Na-ion baterií, zejména pro kritické pracovní zátěže, které jsou v současnosti naplněny těkavějšími Li-ion bateriemi, uvedli vědci. Dále budou muset prokázat, že jejich přístup poskytuje správnou rovnováhu mezi bezpečností a hustotou energie, stejně jako výrobní metodu, která může být přizpůsobena tak, aby vyhovovala obrovské poptávce po bateriích po celém světě.
Navzdory účtování kolem 70 % dobíjecích zdrojů na světě Li-ion baterie se primárně používají v několika kritických aplikacích.
Například nedávná Mezinárodní energetická agentura (IEA) data zjistili, že energetický sektor představuje více než 90 % poptávky po Li-iontech.
V současné době jsou systémy pro ukládání energie z baterií (BESS) na národní úrovni poddimenzovány zkoumánízvláště po opakované požáry v kalifornských lokalitách BESSa vyžadují výstavbu protipožárních systémů. Na-ion by mohl pomoci zmírnit tyto obavy a urychlit nasazení BESS, který uchovává přerušovanou dodávku obnovitelné energie, která bude dodána později na požádání.
Vzhledem k tomu, že sodíku je ve srovnání s lithiem dostatek, mohla by hromadná výroba Na-iontových baterií výrazně snížit celkové náklady na dodavatelský řetězec baterií.
Na-ion baterie mají také další výhodu, že se snáze recyklují než baterie Li-ion, jak je uvedeno v bodě a studie 2023protože obsahují méně nebezpečných materiálů a žádné těžké kovy.
Na Na-ion bateriích již pracuje řada známých automobilových značek. V dubnu největší světový výrobce baterií, Contemporary Amperex Technology Co., Limited (CATL), oznámil, že sériově vyrábí Na-ion baterie pomocí svého nového „Hvězda“ bateriová platforma. Očekává se, že produkt bude používán v autech od roku 2026. Čínský automobilový gigant BYD je také vývoj Na-iontových baterií pro účely skladování v mřížkovém měřítku.
