Naujo tipo didelės talpos hibridinė natrio jonų baterija ateityje galės maitinti mobiliuosius įrenginius, elektromobilius ir kosminius laivus. Įdomiausia tai, kad tam prireiks daug mažiau laiko nei dabar, rašo Energy Storage Materials.
Kol kas ši technologija buvo sumažinta tik iki nedidelės monetos tipo baterijos dydžio, kurią galima įkrauti per kelias sekundes. Tačiau kūrėjai planuoja padidinti jos dydį, kad ją būtų galima naudoti įvairiose srityse.
Kaip tai veikia?
Derindami įprastinėse baterijose naudojamas anodines medžiagas su katodais iš superkondensatorių – baterijų, galinčių kaupti ir išskirti energiją labai dideliu greičiu, – mokslininkai sukūrė naujo tipo natrio jonų bateriją, kuri pasižymi ir didele talpa, ir greito įkrovimo galimybėmis nieko neaukojant.
Jie ieškojo būdo, kaip įveikti dabartinius natrio-jonų energijos kaupimo, kuris reklamuojamas kaip ličio-jonų baterijų alternatyva, trūkumus, ir savo rezultatus aprašė kovo 29 d. paskelbtame tyrime. Faktas tas, kad iki šiol tokių baterijų išėjimo galia ir talpa buvo mažesnė nei ličio jonų baterijų. Be to, jas reikėjo ilgiau įkrauti, o tai riboja jų panaudojimo galimybes. Todėl mokslininkai ėmėsi šalinti šiuos trūkumus.
Pasak tyrėjų, jų akumuliatoriuose natrio yra maždaug 1000 kartų daugiau nei ličio. Todėl jų gamyba gali būti pigesnė ir tvaresnė nei ličio jonų akumuliatorių, kurie šiuo metu naudojami daugumai elektrinių transporto priemonių ir visai mūsų smulkiajai elektronikai maitinti. Be to, litis yra labai brangus, jo gamybą kontroliuoja tik kelios šalys ir jis yra politinio šantažo objektas.
Taigi mokslininkai sukūrė prototipą, sukūrę naujo tipo anodą iš itin smulkių geležies sulfido dalelių, įterptų į siera legiruotą anglį ir grafeną. Tai pagerino laidumą ir energijos kaupimą.
Katodui jie panaudojo ceolitinį imidazolato karkasą (ZIF) – organometalinį karkasą, kuriame metalo jonai sujungiami su organinėmis molekulėmis ir sukuriama akyta kristalinė struktūra. Tai pagerino akumuliatoriaus įkrovimo greitį.
Mokslininkų teigimu, surinktas elementas gali sukaupti daugiau energijos vienam savo svorio vienetui nei dabartinės natrio jonų baterijos ir gali įkrauti bei iškrauti energiją daug greičiau, daugiau nei 100 kartų viršydamas esamų technologijų efektyvumą.
Akumuliatorius išlaikė savo efektyvumą ir našumą 5000 įkrovimo ir iškrovimo ciklų, o tai reiškia, kad jis gali būti naudojamas pakartotinai ilgą laiką be susidėvėjimo.
Tai labai svarbu tose srityse, kuriose akumuliatoriai turi veikti ilgą laiką be pablogėjimo, pavyzdžiui, elektros energijos kaupimo sistemose ir elektrinėse transporto priemonėse.
Palyginimui, daugelis ličio jonų akumuliatorių, naudojamų, pavyzdžiui, komerciniuose nešiojamuosiuose kompiuteriuose, gali atlaikyti tik iki 500 įkrovimo ciklų, kol pradeda blogėti jų kokybė.
