Bateri natrium-ion 12.03.2015

Ahli kimia telah membuat bateri natrium-ion yang berfungsi sama seperti bateri litium-ion yang biasa kita gunakan.

Beberapa tahun yang lalu, telah dicadangkan bahawa sudah tiba masanya untuk manusia memikirkan tentang kekurangan yang akan berlaku, tetapi bukan tentang minyak dan gas, yang biasanya kita takuti, tetapi tentang kekurangan logam alkali - litium. Dalam kehidupan kita semakin banyak peranti elektronik dan semua jenis gajet. Dan kesemuanya, dari telefon bimbit hingga ke kereta elektrik, menggunakan tenaga elektrik yang disimpan dalam bateri. Kebanyakannya ialah bateri litium-ion. Hari ini ia adalah jenis bateri boleh dicas semula yang paling biasa. Dan walaupun kita tidak mungkin melihat perang ke atas deposit litium dalam masa terdekat, kosnya mungkin meningkat. Dan ini bermakna sudah tiba masanya untuk memikirkan bateri yang lebih murah yang akan menggunakan sel lain. Pemaju bertaruh pada saudara terdekat litium dalam sistem berkala - natrium, sebagai logam yang lebih biasa dan murah.

Mengapa anda tidak boleh mengambil dan menggantikan litium dalam bateri dengan natrium? Ini semua tentang saiz atom. Walaupun litium dan natrium sangat serupa dalam sifat kimianya, atom natrium jauh lebih besar daripada atom litium. Dan ternyata sangat kritikal untuk operasi bateri. Bateri litium mempunyai dua elektrod, satu diperbuat daripada karbon atau grafit dan satu lagi diperbuat daripada oksida logam seperti kobalt. Ion litium berfungsi sebagai pembawa cas antara elektrod, itulah sebabnya, sebenarnya, ia dipanggil bateri lithium-ion. Semasa pengecasan semula, ion litium dibebaskan daripada elektrod oksida logam dan bergerak ke elektrod kedua, yang diperbuat daripada karbon.

Saiz atom litium adalah sedemikian rupa sehingga ia boleh disepadukan dengan mudah ke dalam struktur elektrod. Proses ini dipanggil interkalasi, di mana ion logam "memerah" di antara lapisan atom grafit. Semasa nyahcas, proses terbalik berlaku - ion litium meninggalkan elektrod grafit dan kembali ke elektrod kedua.

Perkara utama dalam proses elektrokimia ini hanyalah penggabungan ion ke dalam elektrod. Lebih cepat dan mudah ia berlalu, lebih besar kuasa serta-merta. Jika prosesnya perlahan, bateri tidak akan dapat memberikan arus yang diperlukan untuk mengendalikan peranti. Ini adalah tepat kesukaran dalam membangunkan bateri natrium-ion. Elektrod karbon tidak sesuai kerana ion natrium, kerana saiznya, sangat enggan untuk bercantum ke dalam struktur grafit.

Itulah sebabnya pakar elektrokimia mencari bahan elektrod yang sesuai untuk elektronik konvensional. Lagipun, adalah mungkin untuk membuat bateri pada ion natrium, dan ia akan berfungsi, keseluruhannya ialah ia tidak akan sekecil, luas dan berkuasa seperti litium. Tetapi kuasa dan saiz adalah parameter yang paling penting untuk peranti mudah alih.

Pasukan penyelidik yang diketuai oleh Profesor Yong Lei dari Universiti Teknikal Ilmenau di Jerman menghasilkan bahan yang boleh digunakan untuk membuat elektrod dalam bateri natrium-ion, supaya ia tidak lebih rendah daripada litium dari segi kuasa. dan kapasiti.

Mula-mula, ahli kimia menganalisis sifat bahan elektrod yang perlu ada untuk memastikan pengenalan ion natrium yang berkesan. Pilihan jatuh pada sebatian aromatik terkonjugasi daripada kelas trans-stilbene. Mereka mempunyai keupayaan untuk memindahkan cas, stabil semasa mengecas dan menyahcas bateri, dan membentuk lapisan antara molekul di antaranya natrium boleh diperkenalkan dengan mudah.

Ahli kimia menguji seberapa baik elektrod yang diperbuat daripada bahan sedemikian akan berfungsi dan ternyata pada ketumpatan arus purata 1 A / g, kapasitinya ialah 160 mAh / g, yang sama sekali tidak kalah dengan bateri lithium-ion. Bateri juga menunjukkan prestasi yang baik dalam ujian ketahanan, mengekalkan kapasiti 70% selepas 400 kitaran cas-nyahcas. Dan walaupun pelaksanaan komersil projek itu masih jauh, keputusan yang dicapai menunjukkan bahawa bateri natrium-ion mempunyai hak untuk hidup dan boleh, pada dasarnya, menggantikan bateri Li-ion yang sudah biasa.