Dziesięć razy lepsze niż dotychczas. Sodowe akumulatory wreszcie mają szansę na sukces
Badacze z University of California w San Diego dokonali ciekawego odkrycia w obszarze akumulatorów sodowych, które od lat uważane są za potencjalnego następcę rozwiązań litowych. W swojej pracy nie ograniczyli się wyłącznie do tradycyjnych metod laboratoryjnych, bo w procesie analizy danych obliczeniowych i eksperymentalnych wykorzystali narzędzia sztucznej inteligencji i uczenia maszynowego. To połączenie różnych podejść badawczych pozwoliło na głębsze zrozumienie zjawiska metastabilności hydrydoboranu sodu i optymalizację całego procesu stabilizacji.
Czytaj też: Niczym turbosprężarka dla elektrycznych samochodów. Koniec z ograniczeniami
Kluczowym osiągnięciem tych prac jest opracowanie metody stabilizacji metastabilnej formy hydrydoboranu sodu. Specjaliści w swojej pracy zastosowali technikę polegającą na podgrzaniu materiału do momentu krystalizacji, a następnie jego szybkim schłodzeniu. Dzięki temu udało się uzyskać ustabilizowaną strukturę krystaliczną. Chociaż sama metoda szybkiego chłodzenia nie jest nowością, to jej zastosowanie w przypadku stałych elektrolitów stanowi prawdziwą innowację.
Efekty tych prac są naprawdę imponujące, bo metastabilna struktura osiąga przewodność jonową na poziomie 4,6 mS cm⁻¹ w temperaturze 30°C. Tak się składa, że jest to wartość co najmniej dziesięciokrotnie wyższa od dotychczas raportowanych wyników i od tysiąca do dziesięciu tysięcy razy lepsza niż w przypadku samego prekursora. Taka poprawa parametrów umożliwia konstruowanie grubszych katod, co bezpośrednio przekłada się na zwiększenie gęstości energii. Kolejnym istotnym elementem było zastosowanie katody typu O₃ pokrytej elektrolitem stałym na bazie chlorków, co umożliwiło ładowanie katody aż 45 mg aktywnego materiału na centymetr kwadratowy. W praktyce przekłada się to na ogniwa Sn/NaCrO₂ wykazujące wysoką odwracalną pojemność przekraczającą 3 mAh cm⁻².
Czytaj też: Dom i auto z jednej skrzynki. Nowy system jednocześnie grzeje i ładuje
Jednak tą najważniejszą cechą nowej technologii jest jej odporność na niskie temperatury. Podczas gdy konwencjonalne akumulatory sodowe wyraźnie traciły na wydajności w chłodniejszych warunkach, nowe rozwiązanie zachowuje stabilną pracę zarówno w temperaturze pokojowej, jak i w warunkach poniżej zera. Otwiera to interesujące możliwości zastosowań w pojazdach elektrycznych, systemach magazynowania energii czy elektronice użytkowej w klimacie umiarkowanym.
Czytaj też: Wycięli las, zainstalowali panele słoneczne i wywołali burzę. To może spotkać każdego z nas
Pomimo obiecujących wyników, akumulatory sodowe wciąż nie dorównują litowym pod względem gęstości energii we wszystkich zastosowaniach. Problemy z funkcjonowaniem w normalnych temperaturach przez długi czas stanowiły poważną przeszkodę w rozwoju tej technologii magazynowania energii, ale kolejne furtki są regularnie otwierane, uchylając coraz szerzej drzwi do pełnej komercjalizacji. Ta z całą pewnością potrwa jeszcze kilka lat, ale same fundamenty wydają się solidne. Zwłaszcza że nie chodzi tu o całkowite zastąpienie litu, ale raczej o stworzenie technologii komplementarnych. W przyszłości fabryki mogłyby produkować oba typy akumulatorów w zależności od specyficznych potrzeb zastosowania, współdzieląc m.in. znaną technikę chłodzenia.