پیشرفتی بزرگ در باتری‌های سدیم حالت جامد؛ ایمنی و طول عمر بیشتر برای آینده انرژی

براساس اخبار تجاری ، جهان به فناوری های ذخیره سازی انرژی کارآمد ، ایمن و مقرون به صرفه نیاز دارد. رشد سریع انرژیهای تجدید پذیر مانند خورشیدی و باد ، نیاز به باتری های با ظرفیت بالا و عمر طولانی را ایجاد کرده است. تاکنون باتری های لیتیوم یون در صدر فن آوری های ذخیره سازی قرار گرفته اند ، اما هزینه های بالا ، محدودیت منابع لیتیوم و نگرانی های ایمنی باعث شده است که دانشمندان به سمت گزینه های جدید باشند. یکی از امیدوار کننده ترین این گزینه ها ، باتری های سدیم جامد است که جایگزین لیتیوم سدیم می شود. یک عنصر ارزان تر ، فراوان تر و در دسترس تر.

کشف جدید محققان استرالیا

تیمی از محققان موسسه بیولوژیکی و فناوری نانو استرالیا (AIBN) در دانشگاه کوئینزلند یک الکترولیت جامد جدید ایجاد کرده اند که می تواند راه را برای تجاری سازی باتری های سدیم هموار کند. این ماده جدید یک کوپلیمر بلوک فلورسنت به نام P (NA3 -EO7) -PFPE است که دارای ویژگی های منحصر به فردی است:

• جامد و پلاستیکی است.
• این غیر قابل التهاب است و خطر آتش سوزی را تسکین می دهد.
• این امر از تشکیل دندریت ها جلوگیری می کند (رشد سوزن فلزی که باعث ایجاد مدارها و انفجارها می شود).

عملکرد شگفت انگیز آزمایشگاهی

این الکترولیت جدید در یک باتری فویل سدیم (SMB) مورد آزمایش قرار گرفت و نتایج بسیار امیدوار کننده ای حاصل شد:

باتری بیش از 2 ساعت در دمای 2 درجه سانتیگراد کار کرد

پس از 2 چرخه شارژ و تخلیه ، بیش از 5 ٪ از ظرفیت اولیه خود را حفظ کرد.

این سطح از کارآیی یک دستاورد مهم برای استفاده در ذخیره انرژی شبکه یا حتی پشتیبانی از مشاغل کوچک و متوسط ​​است.

چنگ ژانگ ، رهبر گروه تحقیقاتی AIBN گفت: “این نوع عملکرد طولانی مدت کلید توسعه ذخیره انرژی در سطح شبکه است.”

یکی از بزرگترین مشکلات ایمنی باتری را برطرف کنید

یکی از مهمترین چالش های باتری های لیتیوم یون و حتی سدیم الکترولیت مایع قابل اشتعال است. این مایعات در صورت گرم شدن بیش از حد می توانند منجر به آتش سوزی شوند. مشکلی که بارها در آتش اتومبیل های برقی و اسکوتر برقی دیده ایم.

علت اصلی این خطر تشکیل دندریت ها است. این سازه های سوزن ساخته شده با فلز می توانند با گذشت زمان رشد کنند و باعث ایجاد مدارهای کوتاه و انفجار باتری شوند. ژانگ توضیح داد که الکترولیتهای مایع پس از چرخه شارژ چندگانه ناپایدار می شوند و این بی ثباتی باعث رشد دندریتیک و کاهش ایمنی می شود. الکترولیت جامد جدید با ساختار مهندسی شده خود از این مشکل جلوگیری کرده است.

راز عملکرد بالا ؛ ساختار مهندسی شده نانو

ژو چن ، دانشجوی دکترا در این پروژه ، توضیح داد که راز این موفقیت طراحی ساختار داخلی مواد است. محققان این ماده را به عنوان یک ساختار مکعب مکعب مکعب مهندسی کردند. این ترتیب کریستال تونل های میکروسکوپی ایجاد می کند که راه را برای یون های سدیم هموار می کند.

به گفته ژو چن: “این طرح به یون های سدیم اجازه می دهد تا با همان نرمی و کارآیی در باتری های لیتیوم حرکت کنند ؛” خطر رشد دندریت ها نیز به میزان قابل توجهی کاهش می یابد. “

مراحل بعدی ؛ از آزمایشگاه گرفته تا تجاری سازی

اگرچه نتایج در 2 درجه سانتیگراد بسیار موفق بود ، اما چالش اصلی در حال دستیابی به عملکرد مشابه در دمای اتاق است. این امر برای کاربردهای واقعی ، از ذخیره انرژی تجدید پذیر تا استفاده در وسایل نقلیه برقی ضروری خواهد بود.

محققان جهان نیز در تلاش هستند تا در همان زمان پیشرفت دیگری را انجام دهند. مثال:

تحقیقات اخیر نشان داده است که باتری های سدیم در حالت جامد می توانند عملکرد خود را در دمای اتاق و حتی زیر درجه صفر حفظ کنند.

در یک مطالعه دیگر توسط دانشگاه علوم توکیو ، محققان دوپینگ با سدیم یون با اسکاندیوم توانستند ثبات چرخه را افزایش دهند. در این آزمایش ، یک سلول سکه 2 ٪ از ظرفیت خود را پس از 2 چرخه شارژ نگه داشته است.

طبق IE ، باتری های سدیم با حالت جامد ، با توجه به فراوانی و سدیم ارزان ، می توانند به یک جایگزین جدی برای فناوری لیتیوم یون تبدیل شوند. پیشرفت اخیر محققان دانشگاه کوئینزلند نشان می دهد که با طراحی دقیق الکترولیت جامد ، باتری ها می توانند به دست بیایند که هم ایمن تر و هم زندگی طولانی تر باشند.

این فناوری با بیش از 2 ساعت در دماهای بالا و حفظ 2 ٪ از ظرفیت پس از 2 چرخه ، یک گام اصلی در جهت تجاری سازی است. اگر محققان بتوانند در دمای اتاق به همان سطح عملکرد برسند ، روش استفاده از این باتری ها در ذخیره انرژی تجدید پذیر و حمل و نقل برقی راه را هموار می کند.