Pasauliui skubant pereiti prie švarios energijos gamybos ir oro neteršiančio transporto baterijų poreikis neabejotinai augs. Kol kas efektyviausias mūsų turimas sprendimas yra ličio jonų baterijos, tačiau jos turi labai daug trūkumų. Daugiausia potencialo turinti alternatyva – natrio jonų baterijos, tačiau jų technologijos mokslininkams kelia labai daug galvos skausmo. Dabar Ženevos universiteto mokslininkai mano jas išsprendę.
 Natris © Dnn87 (CC BY-SA 3.0) | commons.wikimedia.org |
|---|
Apie ličio jonų baterijų problemas kalbėta jau ne kartą. Jos nėra labai saugios, nes jų skystas elektrolitas įvairių avarijų metu gali užsiliepsnoti. Be to, pats litis yra aptinkamas pakankamai nedidelėje Žemės dalyje. Mokslininkai teigia, kad ateityje tai kels tokias pat geopolitines problemas, kokias dabar kelia nafta. Galiausiai, technologijoms judant į priekį visada turime ieškoti efektyvesnių sprendimų.
Natris, ličio kaimynas periodinėje elementų lentelėje, yra neblogas kandidatas pakeisti tam retam ir brangiam metalui. Natrio turime visur ir daug. Bent jau teoriškai, natrio jonų baterijos galėtų būti saugesnės ir galingesnės, jei būtų naudojamas kieto būvio elektrolitas. Tačiau yra viena problema – natris yra sunkesnis už litį, todėl jis sunkiau juda per elektrolitą. 2013-2014 metais japonų ir amerikiečių mokslininkai išsiaiškino, kad hidroboratai galėtų būti puikūs elektrolitai natrio baterijoms, bet tik pasiekę 120°C temperatūrą. Tokia temperatūra kasdien naudojamoms baterijoms yra tiesiog nepriimtinai karšta, tačiau Ženevos mokslininkai, dirbantys su hidroboratais jau ne vieną dešimtmetį, šią problemą mato kaip išsprendžiamą iššūkį.
Ženevos kristalografai (kristalus tyrinėjantys chemikai) ėmė tobulinti hidroboratų elektrolitą ir pasiekė puikių rezultatų. „Mums pavyko be jokių saugumo problemų naudoti hidroboratų elektrolitą kambario temperatūros – 250°C karščio temperatūros diapazone“, – džiaugėsi projekto vadovas Radovanas Cerny. Mokslininkai taip pat pasidžiaugė, kad jų kuriamos natrio jonų baterijos netgi būtų talpesnės.
Kaip mokslininkams tai pavyko? Atsakymas į šią mįslę buvo surastas chaose. Kristalografai sujaukė įprastai tvarkingą hidroboratų kompoziciją, sukurdami boro ir neigiamo krūvio vandenilio sferas. Tarp jų atsiradę tarpai buvo pakankamai dideli teigiamai įkrautiems natrio jonams keliauti tarp vieno ir kito elektrodo. Sujaukta kompozicija, nors ir atrodo neefektyviai, leidžia natrio jonams laisvai keliauti.
Mokslininkai teigia, kad jie kuria tobulą bateriją, kurios pagrindas – netobulos struktūros kietojo būvio elektrolitas. Dar liko labai daug darbo, kol tokios baterijos galės būti gaminamos ir testuojamos. Tačiau pirminiai rezultatai yra išties neblogi. Natrio jonų baterijos galėtų pakeisti ličio jonų elementus, būdamos saugesnės, pigesnės ir draugiškesnės aplinkai.
