Ερευνητές στην Κίνα ανακοίνωσαν ένα πρωτοποριακό σχέδιο μπαταρίας μεταλλικού νατρίου (SMB), η οποία μπορεί να φορτιστεί πλήρως σε μόλις τέσσερα λεπτά και να διατηρήσει τη χωρητικότητά της για χρόνια χρήσης.
Παρά τις εξαιρετικές επιδόσεις στην αποθήκευση ενέργειας και την αντοχή, η έρευνα παραμένει σε εργαστηριακό στάδιο
Οι SMB αποτελούν έναν τύπο σταθερών μπαταριών με εξαιρετικά γρήγορη φόρτιση, οι οποίες, σύμφωνα με τους επιστήμονες, θα μπορούσαν κάποια μέρα να αποτελέσουν μια φθηνή εναλλακτική λύση έναντι των σημερινών μπαταριών ιόντων λιθίου (Li-ion), οι οποίες βασίζονται σε μέταλλα που βρίσκονται σε γεωγραφικά περιορισμένες περιοχές και αναφλέγονται εύκολα. Διαφέρουν επίσης από τις μπαταρίες ιόντων νατρίου (Na-ion), καθώς χρησιμοποιούν ανόδιο από μεταλλικό νάτριο αντί για ανόδιο από γραφίτη ή σκληρό άνθρακα.
Το πρόβλημα των δενδριτών για τις SMB που έπρεπε να επιλυθεί
Το μεγαλύτερο εμπόδιο για τις μπαταρίες νατρίου ήταν μέχρι σήμερα ο σχηματισμός δενδριτών. Πρόκειται για ένα φαινόμενο όπου τα ιόντα νατρίου εναποτίθενται στην άνοδο υπό μορφή αιχμηρών, σταλαγμιτικών δομών. Με την πάροδο του χρόνου, αυτές δημιουργούν μια «γέφυρα» μεταξύ καθόδου και ανόδου, οδηγώντας σε βραχυκύκλωμα.
Τώρα, οι ερευνητές αναφέρουν ότι έχουν επιλύσει αυτό το πρόβλημα χρησιμοποιώντας έναν ανθεκτικό, ημι-στερεό ηλεκτρολύτη τύπου γέλης -γνωστό ως Sn-FB QSE- ο οποίος ενισχύει την αντοχή της μπαταρίας σε διατρήσεις και παρέχει μια ημι-στερεή εσωτερική δομή που αποτρέπει τον σχηματισμό δενδριτών.
Παρουσίασαν τα ευρήματά τους σε μια μελέτη που δημοσιεύθηκε στις 21 Μαΐου στο περιοδικό Nano-Micro Letters.
Για να επιβεβαιώσουν πως το πρόβλημα έχει επιλυθεί οι επιστήμονες φόρτισαν και αποφόρτισαν την μπαταρία για πάνω από 6.000 ώρες, χωρίς οι δενδρίτες να προκαλέσουν βραχυκύκλωμα στην μπαταρία. Παρατήρησαν επίσης ότι, όταν φόρτισαν την μπαταρία από το μηδέν έως το 100% της χωρητικότητάς της σε μόλις τέσσερα λεπτά, αυτή διατήρησε ηλεκτρικό φορτίο στο μισό του φορτίου που διατηρούν οι μπαταρίες ιόντων λιθίου.
Όταν η μπαταρία φορτίστηκε με ελαφρώς πιο αργό ρυθμό -από 0% έως 100% σε 20 λεπτά- διατήρησε το 90% της χωρητικότητάς της σε 2.000 κύκλους, φτάνοντας τα θεωρητικά όρια για τις μπαταρίες ιόντων λιθίου, όπως ανέφεραν οι επιστήμονες στη μελέτη.
Οι μπαταρίες SMB αν βγουν σε μαζική παραγωγή θα προσφέρουν σημαντικά πλεονεκτήματα
- Θα είναι φθηνότερες καθώς το νάτριο είναι πιο άφθονο από το λίθιο και το κοβάλτιο.
- Θα είναι λιγότερο πιθανό να υποστούν θερμική διαφυγή (ανάφλεξη), καθιστώντας τις ιδανικές για ηλεκτρικά οχήματα.
- Λόγω της χρήσης μεταλλικής ανόδου θα είναι πιο ελαφριές και συγκρίσιμες σε μέγεθος με τις Li-ion.
Να σημειωθεί πως η έρευνα βρίσκεται ακόμα σε εργαστηριακό στάδιο (lab-scale). Οι ηλεκτρολύτες σε μορφή γέλης (gel) παρουσιάζουν συχνά προβλήματα αγωγιμότητας όταν εκτίθενται σε ακραίες θερμοκρασίες (πολύ χαμηλές ή πολύ υψηλές), κάτι που πρέπει να επιλυθεί πριν δοκιμαστούν σε καταναλωτικά προϊόντα.
