Οι μπαταρίες Λιθίου είναι παντού γύρω μας, πλέον. Στα ηλεκτρικά μας οχήματα, στα smartphones, στα tablets, στα ασύρματα ακουστικά μας, πρακτικά οπουδήποτε! Φυσικά, η διείσδυση της ηλεκτροκίνησης στις μεταφορές έχει προκαλέσει μια τρομακτική άνοδο στην ζήτηση και παραγωγή μπαταριών λιθίου. Κάτι που, μακροπρόθεσμα, ίσως οδηγήσει σε ελλείψεις, άνοδο των τιμών κ.λπ. Οι ερευνητές βρίσκονται σε αναζήτηση βιώσιμης εναλλακτικής πρώτης ύλης εδώ και χρόνια, ενώ κάθε τόσο ακούμε και για πολλά υποσχόμενες τεχνολογίες, όπως τις πυρηνικές μπαταρίες. Εν τέλει, όμως, η απάντηση ίσως βρίσκεται στις μπαταρίες Νατρίου.
Οι μπαταρίες Νατρίου (χημικό στοιχείο Na, αγγλιστί Sodium-ion batteries ή Na-ion) υπάρχουν εδώ και αρκετά χρόνια. Ωστόσο, δεν έχουν φτάσει ακόμα στο ίδιο επίπεδο ενεργειακής πυκνότητας με τις μπαταρίες Λιθίου. Η ενεργειακή πυκνότητα είναι πολύ σημαντική καθώς, πρακτικά, όσο μεγαλύτερη είναι, τόσο περισσότερη ενέργεια “χωράει” σε μια μπαταρία συγκεκριμένων διαστάσεων και βάρους. Ήδη τα ηλεκτρικά οχήματα “υποφέρουν” από το μεγάλο βάρος των μπαταριών τους. Συνεπώς, κανείς δε θα ήθελε μια μπαταρία με μικρότερη ενεργειακή πυκνότητα σε ένα όχημα. Επιπλέον, οι μπαταρίες Λιθίου επαναφορτίζονται σχετικά γρήγορα και είναι σχετικά φθηνές. Η τιμή τους, μάλιστα, διαρκώς πέφτει παγκοσμίως.
Δείτε επίσης:
Κάτω από τα $100 έπεσε η KWh στις μπαταρίες ηλεκτρικών οχημάτων
Ωστόσο, έχουν και τα μειονεκτήματά τους. Πρώτον, η εξόρυξη Λιθίου (του οποίου τα μεγάλα κοιτάσματα βρίσκονται σε λίγες χώρες) είναι κοστοβόρα και επιβαρύνει σημαντικά το περιβάλλον. Δεύτερον, για την παραγωγή των μπαταριών απαιτούνται κι άλλα μέταλλα, όπως Κοβάλτιο και Χαλκός, που επίσης κοστίζουν και δεν “βρίσκονται” εύκολα. Όσο η ζήτηση για μπαταρίες αυξάνεται (και η ανακύκλωση των παλιών δεν αρκεί για να την καλύψει), τα παραπάνω θα οδηγήσουν σε “αδιέξοδο”.
Το Νάτριο, όμως, είναι το 6ο υλικό στη Γη σε αφθονία. Επιπλέον, συλλέγεται σχετικά εύκολα χωρίς να απαιτείται εξόρυξη που επιβαρύνει το περιβάλλον. Έτσι, οι επαναφορτιζόμενες μπαταρίες Νατρίου κοστίζουν αισθητά λιγότερο για να παραχθούν. Το ζητούμενο, λοιπόν, είναι να αυξηθεί η ενεργειακή τους χωρητικότητα ώστε να αποτελέσουν εναλλακτική στις μπαταρίες Λιθίου.
Το “breakthrough” στις μπαταρίες Νατρίου
Μια πρόσφατη έρευνα που δημοσιεύθηκε στο Angewandte Chemie International Edition, η η ερευνητική ομάδα της Faradion (κατασκευάστρια μπαταριών Νατρίου στο Seffield της Μ.Βρετανίας) αποκάλυψε μια νέα μέθοδο για την αύξηση της ενεργειακής χωρητικότητας των Sodium-Ion μπαταριών.
H έρευνα εστίασε στη σύνθεση “σκληρού” άνθρακα, ενός εξαιρετικά πορώδους υλικού. Αυτό μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως το αρνητικό ηλεκτρόδιο σε μια επαναφορτιζόμενη μπαταρία, με τη βοήθεια μονοξειδίου του μαγνησίου (MgO) ως ανόργανου “στρώματος” νανο-πόρων μέσα στον σκληρό άνθρακα. Οι ερευνητές ανέπτυξαν μια νέα τεχνική για τη μίξη των συστατικών του στρώματος αυτού ώστε να πετύχουν μια συγκεκριμένη νανο-δομή πόρων. Αυτή θα επέτρεπε την αύξηση της ενεργειακής χωρητικότητας της μπαταρίας. Μετά από θεωρητική ανάλυση και πειράματα, κατάφεραν να δημιουργήσουν σκληρό άνθρακα με χωρητικότητα 478 mAh/g. Είναι η μεγαλύτερη χωρητικότητα που έχει καταγραφεί ποτέ σε τέτοιου είδους υλικό. Μάλιστα, ξεπερνά τη χωρητικότητα του γραφίτη που χρησιμοποιείται ως αρνητικό ηλεκτρόδιο στις μπαταρίες Λιθίου! Αυτή αγγίζει τα 372 mAh/g.
Ο γραφίτης δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί στις μπαταρίες Νατρίου, έτσι η Faradion ήδη χρησιμοποιεί σκληρό άνθρακα. Η νέα εξέλιξη, όμως, τον καθιστά ακόμα πιο σκληρό. Θεωρητικά, μια μπαταρία Νατρίου με αυτόν το σκληρό άνθρακα θα λειτουργούσε σε κατά 0,3V μικρότερη τάση, σε σχέση με μια μπαταρία Λιθίου. Ωστόσο, η μεγαλύτερη χωρητικότητά της θα οδηγούσε σε μεγαλύτερη ενεργειακή πυκνότητα. Συγκεκριμένα, σε πυκνότητα 1.600Wh/Kg έναντι 1.430 Wh/Kg, μια διαφορά του 19%!
Φυσικά, θα χρειαστούν αρκετές δοκιμές και χρόνια για να επαληθευθεί και να τελειοποιηθεί η μέθοδος. Επιπλέον, πρέπει να δοκιμαστεί σε όλες τις πιθανές συνθήκες (θερμοκρασίες, φορτίου κ.λπ.), να μπορεί να επαναφορτιστεί ταχέως και η προκύπτουσα μπαταρία να μην ξεπερνά σε κόστος την αντίστοιχη μπαταρία Λιθίου. Σίγουρα, όμως, οι μπαταρίες Νατρίου δείχνουν πολλά υποσχόμενες…
Σας αρέσουν τα άρθρα μας; Ακολουθήστε μας στο Google News!
Δείτε επίσης:
Πηγή: Electrek
