Kutatók szilárdtest akkumulátort fejlesztenek alternatívaként a lítium akkumulátorokra
Jelenleg a lítium-ion akkumulátorokat részesítik előnyben az elektromos járművek táplálására, de túl drágák a hosszú élettartamú, hálózati léptékű energiatároló rendszerekhez, és magához a lítiumhoz való hozzáférés is egyre nehezebbé válik.
Míg a lítiumnak számos előnye van – a nagy energiasűrűség és a megújuló energiaforrásokkal kombinálható kapacitás a hálózatszintű energiatárolás támogatása érdekében –, a lítium-karbonát ára történelmi csúcson van. A költségek növekedéséhez hozzájárulnak a járványhoz kapcsolódó ellátási láncok problémái, az orosz-ukrán konfliktus és a megnövekedett üzleti kereslet. Ezenkívül sok kormány vonakodik a zöld lámpás lítiumbányáktól a magas környezetvédelmi költségek és az emberi jogok megsértésének lehetősége miatt.
Mivel a kormányok és az iparágak világszerte alig várják, hogy újfajta energiatárolási lehetőségeket találjanak a tiszta energiára való átállás elősegítésére, a Houstoni Egyetemen végzett és a Nature Communications-ben megjelent új kutatás szerint a környezeti hőmérsékletű szilárdtest-nátrium-kén akkumulátor technológia életképes alternatívája lehet a lítium alapú akkumulátor technológiának a hálózati szintű energiatároló rendszerekhez.
Yan Yao, Cullen villamos- és számítástechnikai professzor és kollégái egy homogén üvegszerű elektrolitot fejlesztettek ki, amely lehetővé teszi a reverzibilis nátrium bevonást és eltávolítást a korábbinál nagyobb áramsűrűség mellett.
„A teljesen szilárd nátrium-akkumulátorokhoz való új szilárd elektrolitoknak egyidejűleg kell alacsony költségűnek, könnyen gyárthatónak, valamint hihetetlen mechanikai és kémiai stabilitásúnak lennie” – mondta Yao, aki egyben a Houstoni Egyetem Texasi Szupravezetési Központjának vezető kutatója is. (TcSUH). „A mai napig egyetlen szilárd nátrium-elektrolit sem tudta mind a négy követelményt egyszerre teljesíteni.”
A kutatók úgy találták, hogy az oxiszulfid üvegelektrolit új formája képes egyszerre kielégíteni az összes követelményt. Az elektrolitok szobahőmérsékleten történő előállításához nagy energiájú golyós őrlési eljárást alkalmaztak.
„Az oxiszulfid üvegnek sajátos mikroszerkezete van, ami teljesen homogén üvegszerkezetet eredményez” – mondta Ye Zhang, aki Yao csoportjának kutatójaként dolgozik. „A fémnátrium és az elektrolit határfelületén a szilárd elektrolit önpassziváló interfázist képez, amely elengedhetetlen a reverzibilis bevonáshoz és a nátrium eltávolításához.”
Nehéznek bizonyult a fémnátrium stabil bevonása és eltávolítása szulfid elektrolit segítségével.
„Tanulmányunk megdöntötte ezt a felfogást azzal, hogy nemcsak a legmagasabb kritikus áramsűrűséget hozta létre az összes szulfid alapú szilárd elektrolit között, hanem lehetségessé tette a nagy teljesítményű, környezeti hőmérsékletű nátrium-kén akkumulátorokat is” – magyarázta Yao.
„Az ebben a munkában bemutatott új szerkezeti és összetételi tervezési stratégiák új paradigmát jelentenek a biztonságos, alacsony költségű, nagy energiasűrűségű és hosszú élettartamú szilárdtest-nátrium-akkumulátorok fejlesztésében” – tette hozzá Zhang.
Forrás: The Brighter Side
