Βρέθηκε η τεχνολογική λύση στο πρόβλημα του νατρίου
Έναν καινοτόμο πολυμερή ηλεκτρολύτη που ενισχύει τη σταθερότητα των μπαταριών μετάλλου-νατρίου, εξαλείφοντας παράλληλα τον κίνδυνο πυρκαγιάς και διαρροών, ανέπτυξε ερευνητική ομάδα στη Νότια Κορέα.
Στις εργαστηριακές δοκιμές, ο νέος ηλεκτρολύτης πέτυχε ιοντική αγωγιμότητα 1,39 mS/cm στους 30°C, ενώ η μπαταρία διατήρησε το 90,4% της χωρητικότητάς της μετά από 1.000 κύκλους φόρτισης.
Η τεχνολογία αναπτύχθηκε από την ομάδα του καθηγητή Chan-Jin Park στο Εθνικό Πανεπιστήμιο Chonnam.
Χρησιμοποιεί έναν πολυμερίσιμο βαθιά ευτηκτικό διαλύτη (PDES), ο οποίος σχεδιάστηκε για να διευκολύνει τη μετακίνηση των ιόντων νατρίου, επιλύοντας τα ζητήματα ασφάλειας που περιόριζαν μέχρι σήμερα την εμπορική αξιοποίηση των μπαταριών νατρίου.
Οι μπαταρίες μετάλλου-νατρίου θεωρούνται η πλέον υποσχόμενη εναλλακτική λύση απέναντι στα συστήματα ιόντων λιθίου, καθώς το νάτριο βρίσκεται σε αφθονία και διαθέτει χαμηλό κόστος.
Ωστόσο, το μεταλλικό νάτριο είναι εξαιρετικά δραστικό.
Η αλληλεπίδρασή του με τους συμβατικούς υγρούς ηλεκτρολύτες προκαλεί ανεπιθύμητες χημικές αντιδράσεις και τον σχηματισμό δενδριτών — ακανόνιστων εναποθέσεων μετάλλου που μπορούν να τρυπήσουν τα εσωτερικά εξαρτήματα και να προκαλέσουν βραχυκύκλωμα.
Ο νέος ηλεκτρολύτης PDES αποτελείται από υπερχλωρικό νάτριο (NaClO4), N-ισοπροπυλακρυλαμίδιο (NIPAM) και ηλεκτρονιτρίλιο (SN).
Τα συστατικά αυτά σχηματίζουν ένα βαθιά ευτηκτικό μίγμα μέσω δεσμών υδρογόνου και αλληλεπιδράσεων ιόντων-διπόλων.
Στη συνέχεια, οι ερευνητές εφάρμοσαν επιτόπιο (in-situ) πολυμερισμό, μετατρέποντας το υγρό μίγμα σε μια συμπαγή πολυμερή μήτρα.
Η διαδικασία αυτή εμποδίζει τις διαρροές, διατηρώντας παράλληλα τις απαραίτητες ιδιότητες για τη γρήγορη μεταφορά των ιόντων.
Η βελτιστοποιημένη σύνθεση πέτυχε ιοντική αγωγιμότητα 1,39 mS/cm στους 30°C και αριθμό μεταφοράς ιόντων νατρίου 0,58.
Στις δοκιμές πλήρους στοιχείου, ο ηλεκτρολύτης συνέβαλε στον σχηματισμό μιας σταθερής διεπιφάνειας μεταξύ ηλεκτροδίου και ηλεκτρολύτη, περιορίζοντας τις παρενέργειες και την ακανόνιστη ανάπτυξη νατρίου.
Η μπαταρία απέδωσε αρχική χωρητικότητα εκφόρτισης 110,2 mAh/g (με ρυθμό 0.1C) και κουλομβική απόδοση εγγύς του 99%.
Το σημαντικότερο εύρημα ήταν η διατήρηση του 90,4% της χωρητικότητάς της μετά από 1.000 κύκλους φορτοεκφόρτισης με υψηλό ρυθμό 2C.
Επιπλέον, ο ηλεκτρολύτης επέδειξε υψηλή αντοχή στη φωτιά, ενώ σε δοκιμή ευκάμπτου στοιχείου (pouch-cell), η μπαταρία συνέχισε να τροφοδοτεί κανονικά μια λυχνία LED ακόμα και όταν διπλώθηκε ή κόπηκε.
Τα αποτελέσματα της έρευνας δημοσιεύθηκαν στο επιστημονικό περιοδικό Energy Storage Materials υπό τον τίτλο «Noncovalent interaction-regulated polymerizable deep eutectic solvent electrolyte for sodium metal batteries».
www.worldenergynews.gr
Στις εργαστηριακές δοκιμές, ο νέος ηλεκτρολύτης πέτυχε ιοντική αγωγιμότητα 1,39 mS/cm στους 30°C, ενώ η μπαταρία διατήρησε το 90,4% της χωρητικότητάς της μετά από 1.000 κύκλους φόρτισης.
Η τεχνολογία αναπτύχθηκε από την ομάδα του καθηγητή Chan-Jin Park στο Εθνικό Πανεπιστήμιο Chonnam.
Χρησιμοποιεί έναν πολυμερίσιμο βαθιά ευτηκτικό διαλύτη (PDES), ο οποίος σχεδιάστηκε για να διευκολύνει τη μετακίνηση των ιόντων νατρίου, επιλύοντας τα ζητήματα ασφάλειας που περιόριζαν μέχρι σήμερα την εμπορική αξιοποίηση των μπαταριών νατρίου.
Οι μπαταρίες μετάλλου-νατρίου θεωρούνται η πλέον υποσχόμενη εναλλακτική λύση απέναντι στα συστήματα ιόντων λιθίου, καθώς το νάτριο βρίσκεται σε αφθονία και διαθέτει χαμηλό κόστος.
Ωστόσο, το μεταλλικό νάτριο είναι εξαιρετικά δραστικό.
Η αλληλεπίδρασή του με τους συμβατικούς υγρούς ηλεκτρολύτες προκαλεί ανεπιθύμητες χημικές αντιδράσεις και τον σχηματισμό δενδριτών — ακανόνιστων εναποθέσεων μετάλλου που μπορούν να τρυπήσουν τα εσωτερικά εξαρτήματα και να προκαλέσουν βραχυκύκλωμα.
Ο νέος ηλεκτρολύτης PDES αποτελείται από υπερχλωρικό νάτριο (NaClO4), N-ισοπροπυλακρυλαμίδιο (NIPAM) και ηλεκτρονιτρίλιο (SN).
Τα συστατικά αυτά σχηματίζουν ένα βαθιά ευτηκτικό μίγμα μέσω δεσμών υδρογόνου και αλληλεπιδράσεων ιόντων-διπόλων.
Στη συνέχεια, οι ερευνητές εφάρμοσαν επιτόπιο (in-situ) πολυμερισμό, μετατρέποντας το υγρό μίγμα σε μια συμπαγή πολυμερή μήτρα.
Η διαδικασία αυτή εμποδίζει τις διαρροές, διατηρώντας παράλληλα τις απαραίτητες ιδιότητες για τη γρήγορη μεταφορά των ιόντων.
Η βελτιστοποιημένη σύνθεση πέτυχε ιοντική αγωγιμότητα 1,39 mS/cm στους 30°C και αριθμό μεταφοράς ιόντων νατρίου 0,58.
Στις δοκιμές πλήρους στοιχείου, ο ηλεκτρολύτης συνέβαλε στον σχηματισμό μιας σταθερής διεπιφάνειας μεταξύ ηλεκτροδίου και ηλεκτρολύτη, περιορίζοντας τις παρενέργειες και την ακανόνιστη ανάπτυξη νατρίου.
Η μπαταρία απέδωσε αρχική χωρητικότητα εκφόρτισης 110,2 mAh/g (με ρυθμό 0.1C) και κουλομβική απόδοση εγγύς του 99%.
Το σημαντικότερο εύρημα ήταν η διατήρηση του 90,4% της χωρητικότητάς της μετά από 1.000 κύκλους φορτοεκφόρτισης με υψηλό ρυθμό 2C.
Επιπλέον, ο ηλεκτρολύτης επέδειξε υψηλή αντοχή στη φωτιά, ενώ σε δοκιμή ευκάμπτου στοιχείου (pouch-cell), η μπαταρία συνέχισε να τροφοδοτεί κανονικά μια λυχνία LED ακόμα και όταν διπλώθηκε ή κόπηκε.
Τα αποτελέσματα της έρευνας δημοσιεύθηκαν στο επιστημονικό περιοδικό Energy Storage Materials υπό τον τίτλο «Noncovalent interaction-regulated polymerizable deep eutectic solvent electrolyte for sodium metal batteries».
www.worldenergynews.gr
