Akumuliatorių pasaulyje šiuo metu nėra nieko svarbesnio už daugkartinio įkrovimo ličio jonų akumuliatorius. Bėda ta, kad juos gaminti brangu ir gamybai reikalingos medžiagos, kurių gauti nėra taip jau lengva. Ieškoma galimybių šiandieninius akumuliatorius arba patobulinti, arba apskritai pakeisti iš esmės naujo tipo akumuliatoriais. Visai gali būti, kad vienai mokslininkų grupių pastaroji užduotis pavyko.
Milžiniška mūsų kasdienio gyvenimo ir patogumo dalis yra tiesiogiai priklausoma nuo akumuliatorių. O akumuliatorių pasaulyje šiuo metu nėra nieko svarbesnio už daugkartinio įkrovimo ličio jonų akumuliatorius. Bėda ta, kad juos gaminti brangu ir gamybai reikalingos medžiagos, kurių gauti nėra taip jau lengva, rašo „Science Alert“.
Lawrence'o Berkeley'aus nacionalinės laboratorijos nuotr.
Junhua Songas demonstruoja laboratorijoje sukurtą natrio jonų akumuliatorių
Visiškai natūralu, kad dėl šių (ir keleto kitų) trūkumų pasaulyje yra galybė mokslininkų, kurie ieško galimybių šiandieninius akumuliatorius arba patobulinti, arba apskritai pakeisti iš esmės naujo tipo akumuliatoriais, jei tik išaiškėtų, kad šie geba būti bent jau lygiai tokie pat geri, kaip ličio jonų akumuliatoriai. Ir visai gali būti, kad vienai mokslininkų grupių pastaroji užduotis ką tik pavyko (na, ar bent jau smarkiai priartėta prie tikslo).
Mokslininkams pavyko gauti vienus iš geriausių iki šiol matytų natrio jonų tipo baterijos techninius parametrus: jos talpa nenusileido ličio jonų akumuliatoriams, o kiti techniniai parametrai taip pat prilygo komerciškai naudojamiems ličio jonų akumuliatoriams. Anot pačių šio pasiekimo autorių, tai yra „labai svarbus pasiekimas“ natrio jonų akumuliatorių tyrimų fronte.
Viena iš sričių, kuriose natrio jonų akumuliatoriai būtų labai laukiamas produktas, yra itin didelės talpos energijos talpyklos. Kadangi pasaulis pamažu pereidinėja prie atsinaujinančių energijos šaltinių naudojimo, energijos saugojimo būdai ateityje bus vis svarbesni, o žmonėms ir verslas bus reikalingos tokios akumuliatorių technologijos, kurias naudojant patys akumuliatoriai bus nebrangiai gaminami ir nesudėtingai sujungiami į didelius masyvus.
„Esminiai iššūkiai kuriant akumuliatorius – gauti pakankamai aukštą energijos tankį ir gerą įkrovimų/iškrovimų ciklų kiekį“, – sakė Lawrence'o Berkeley'aus nacionalinės laboratorijos (JAV) medžiagotyros inžinierius Junhua Songas.
Šiuo metu praktikoje naudojami ličio jonų akumuliatoriai yra pranašesni už natrio jonų akumuliatorius: juos galima naudoti ilgesnį laiką ir į juos galima sutalpinti daugiau energijos. Viena iš priežasčių – ta, kad daugelis potencialių medžiagų, iš kurių galima būtų gaminti katodus (tą akumuliatoriaus dalį, kuri priima elektronų srautą) būna pažeidžiama neaktyvių natrio kristalų, kurie ilgainiui tiesiog užblokuoja energijos pernašą.
Norėdami įveikti šį trūkumą mokslininkai sukūrė sluoksniuotą metalo oksido katodą ir skystą elektrolitą, kuriame yra papildomas natrio jonų kiekis. Taip gautas „sūresnis“ akumuliatoriaus skysčio kiekis, geresnė sąveika su katodu ir apsisaugota nuo natrio kristalų formavimosi.
Atlikus 1000 įkrovimo-iškrovimo ciklų naujasis natrio jonų akumuliatorius vis dar išlaikė 80 proc. savo pradinės talpos – dar nepakankamai, kad būtų naudojamas išmaniuosiuose telefonuose. Bet tai jau tikrai rimtas žingsnis link alternatyvios akumuliatorių gamybos technologijos, kuri visą savo perspektyvumą gali atskleisti ateityje.
„Mūsų tyrimai parodė esminę koreliaciją tarp katodo struktūros evoliucijos ir paviršiaus ssąveikos su elektrolitu. Tai yra patys geriausi iki šiol gauti rezultatai, nusakantys natrio jonų akumuliatoriaus su sluoksniuotu katodu veikimą. Jie parodo, kad tai yra perspektyvi technologija, kurią galima palytinti su ličio jonų akumuliatoriais“, – sakė kitas tos pačios mokslininkų grupės narys, Vašingtono valstijos universiteto mokslininkas Yuehe Linas.
Nepaisant gana nemažos sėkmės, mokslininkų darbas dar nesibaigė. Jie sako, kad nori dar išsamiau panagrinėti sąveikas tarp elektrolito bei katodo ir dar labiau padidinti jų efektyvumą. Jie taip pat norėtų atsisakyti kobalto naudojimo akumuliatorių gamyboje – tai yra ganėtinai reta, sunkiai išgaunama medžiaga, kuri visgi naudojama ir komerciniuose ličio jonų, ir eksperimentiniuose natrio jonų akumuliatoriuose.
Ličio jonų akumuliatoriai šiuo metu pasaulyje dominuoja – na, bent jau išmaniuosiuose telefonuose, nešiojamuosiuose kompiuteriuose ir elektromobiliuose. Bet jie turi silpnybių. Viena iš svarbesnių – ta, kad litis nėra pigus ir nėra lengvai gaunamas. O suvokiant, kad akumuliatorių kiekis ateityje tik augs, būtų logiška ieškoti ličio alternatyvų.
Tai, žinoma, tikrai nereiškia, kad laikas nutraukti tų pačių ličio jonų akumuliatorių tobulinimą: mokslininkai vis dar aiškinasi, kokiu būdu pailginti šių akumuliatorių gyvavimo trukmę ir sumažinti įkrovimo laiką. O kuo daugiau aukštos kokybės alternatyvų turėsime, tuo šviesesnis bus rytojus – ir nesvarbu, ar jis bus statomas ant ličio, ant natrio ar ant kokios kitos medžiagos pamatų.
„Šis darbas atveria kelią į praktiškai naudingas natrio jonų baterijas, o fundamentalios įžvalgos, kurias įgijome apie katodo bei elektrolito sąveikas paaiškina, kaip ateityje galėtume sukurti katodus be kobalto ar su mažesniu kobalto kiekiu natrio jonų akumuliatoriams ir kitokios cheminės sudėties akumuliatoriams. Jeigu rastume tinkamą alternatyvą ir ličiui, ir kobaltui, natrio jonų akumuliatoriai galėtų tapti tikrai konkurencingais bei pakeistų žaidimo taisykles“, – sakė J.Songas.
Tyrimas publikuotas recenzuojamame žurnale „ACS Energy Letters“.
