natrium-ionbatterij

Onderzoekers hebben een natrium-ionbatterij gemaakt die evenveel energie vasthoudt en werkt als sommige commerciële lithium-ionbatterijen. Dit zorgt voor een potentieel levensvatbare batterijtechnologie uit goedkopere materialen. Het onderzoek, geleid door Yuehe Lin, professor aan de WSU School of Mechanical and Materials Engineering, en Xiaolin Li, een senior research scientist bij PNNL, staat in ACS Energy Letters.

Het team rapporteert een van de beste resultaten tot nu toe voor een natrium-ionbatterij. Het kan een capaciteit leveren die vergelijkbaar is met die van sommige lithium-ionbatterijen. Ook is het met succes op te laden, waarbij meer dan 80% van de lading wordt behouden na 1.000 cycli.

“Dit is een belangrijke ontwikkeling voor natrium-ionbatterijen”, zegt dr. Imre Gyuk, directeur van energieopslag bij het Department of Energy Office of Electricity, die dit werk bij PNNL ondersteunde. “Er bestaat grote belangstelling voor de mogelijkheid om Li-ion-batterijen te vervangen door Na-ion.”

Elektrische voertuigen

Li-ionbatterijen zijn alomtegenwoordig in tal van toepassingen, zoals mobiele telefoons, laptops en elektrische voertuigen. Maar ze zijn gemaakt van materialen, zoals kobalt en lithium, die zeldzaam, duur zijn en meestal buiten de VS zijn te vinden. Naarmate de vraag naar elektrische voertuigen en opslag van elektriciteit toeneemt, stijgt de prijs alleen maar. Op lithium gebaseerde batterijen kunnen dan niet voldoen aan de enorm groeiende vraag naar energieopslag in het elektriciteitsnet. Aan de andere kant kunnen natrium-ionbatterijen, gemaakt van goedkoop, overvloedig en duurzaam natrium uit de oceanen of korst van de aarde, een goede kandidaat zijn voor grootschalige energieopslag. Helaas bevatten ze niet zoveel energie als lithiumbatterijen.

Effectieve energieopslag

Ze zijn ook moeilijker op te laden, zoals nodig is voor een effectieve energieopslag. Een belangrijk probleem voor enkele van de meest veelbelovende kathodematerialen is dat er zich een laag inactieve natriumkristallen ophoopt aan het oppervlak van de kathode, waardoor de stroom van natriumionen wordt gestopt en daardoor de batterij doodt. “De belangrijkste uitdaging is dat de batterij zowel een hoge energiedichtheid heeft als een goede levensduur heeft”, zegt Junhua Song, hoofdauteur.

Als onderdeel van het werk creëerde het onderzoeksteam een ​​gelaagde metaaloxide-kathode en een vloeibare elektrolyt met extra natriumionen, waardoor een zouterige soep ontstond die een betere interactie had met hun kathode. Het ontwerp van de kathode en het elektrolytensysteem zorgden voor een continue beweging van natriumionen, waardoor inactieve kristalopbouw aan het oppervlak werd voorkomen en een ongehinderde opwekking van elektriciteit mogelijk werd.

“Ons onderzoek bracht de essentiële correlatie aan het licht tussen de evolutie van de kathodestructuur en de oppervlakte-interactie met de elektrolyt,” zei Lin. “Dit zijn de beste resultaten ooit gerapporteerd voor een natrium-ionbatterij met een gelaagde kathode, wat aantoont dat dit een levensvatbare technologie is die vergelijkbaar is met lithium-ionbatterijen.”

Interactie

De onderzoekers werken nu aan een beter begrip van de belangrijke interactie tussen hun elektrolyt en de kathode, zodat ze met verschillende materialen kunnen werken voor een beter batterijontwerp. Ze willen ook een batterij ontwerpen die geen kobalt gebruikt, een ander relatief duur en zeldzaam metaal. “Dit werk effent de weg naar praktische natrium-ionbatterijen, en de fundamentele inzichten die we hebben opgedaan over de interactie tussen kathode en elektrolyt werpen licht op hoe we toekomstige kobaltvrije of laagkobaltkathodematerialen in natrium-ionbatterijen en in andere soorten batterijchemicaliën, ‘zei Song. “Als we haalbare alternatieven kunnen vinden voor zowel lithium als kobalt, kan de natrium-ionbatterij echt concurreren met lithium-ionbatterijen.

‘En dat zou een gamechanger zijn’, voegde hij eraan toe.

Bron: ACS Energy Letters

Afbeelding: WSU

Doneer
Ondersteun vrije journalistiek. Als je dit artikel waardeert en dat wilt laten blijken met een kleine bijdrage, doneer dan via onderstaande Paypal-button:

Geef een reactie

Your email address will not be published. Required fields are marked with *.

Share via
Copy link
Powered by Social Snap