У той час як літій цінується за його щільність енергії, натрій фактично має перевагу ваги в акумуляторах. Натрієво-іонна батарея може бути на 30% легшою за літій-іонну, потенційно пропонуючи значні переваги для портативної електроніки та електромобілів, де вага є вирішальним фактором.

Літій, який широко використовується в батареях через його довгострокові та стабільні властивості зберігання енергії, є обмеженим ресурсом. Оскільки зростає занепокоєння щодо його обмеженої доступності, дослідники активно шукають альтернативні матеріали для виробництва акумуляторів. Команда з Університету Макгілла, використовуючи канадське джерело світла в Університеті Саскачевану, нещодавно розробила метод заміни більшої частини літію в батареях натрієм.

Подолання проблем стабільності

Основна перешкода у використанні натрію для батарей полягає в нестабільності матеріалу катода під впливом повітря. Це створює серйозну проблему для переоснащення існуючих виробничих потужностей, які зараз виробляють літій-іонні акумулятори. Ерік МакКалла, доцент кафедри хімії Макгілла, пояснює, що натрій реагує з вуглекислим газом і водяною парою в повітрі, утворюючи карбонат натрію та інші продукти. Вода може проникнути в матеріал, перетворивши його на структуру, непридатну для використання в акумуляторі.

Інноваційні методи дослідження

Команда МакКалли застосувала те, що вони називають «дикими замінами», щоб одночасно перевірити вплив 52 різних елементів на стабільність натрієво-іонної батареї. Лінія променя HXMA на Canadian Light Source надала детальну локалізовану інформацію про батарею після використання, що дозволило дослідникам визначити, які елементи ефективно підтримували стабільність батареї при використанні разом із натрієм.

Щоб обробити величезну кількість згенерованих даних, які включали численні взаємопов’язані змінні, команда МакКалли використала машинне навчання. Цей потужний інструмент допоміг раціоналізувати великі обсяги складної інформації шляхом відокремлення змінних і створення складних функцій, які враховують усі конкуруючі параметри. Цей підхід дозволив дослідникам визначити, які матеріали справді впливають на продуктивність, а які змінні відіграють меншу роль.

Попередній шлях для іонно-натрійових батарей

Хоча натрієво-іонні батареї багатообіцяючі, їм ще попереду значний шлях до повного витіснення літій-іонних акумуляторів, особливо в електромобілях. МакКалла визнає, що літієві батареї отримали переваги від понад 40 років досліджень і розробок, встановивши високу планку для альтернатив. Однак він залишається оптимістичним щодо досягнутого прогресу та наголошує на прихильності команди подальшому вдосконаленню цих матеріалів.

Дослідження, проведене на канадському заводі Light Source, є значним кроком до більш стійких рішень для зберігання енергії. Будучи національним дослідницьким закладом Університету Саскачевану та одним із найбільших наукових проектів Канади, CLS щорічно приймає понад 1000 академічних, урядових і промислових вчених, сприяючи інноваційним дослідженням у галузі охорони здоров’я, сільського господарства, навколишнього середовища та передових матеріалів.

Завдяки постійній підтримці таких організацій, як Канадський фонд інновацій, Рада з природничих наук та інженерних досліджень, Канадські інститути досліджень охорони здоров’я, уряд Саскачевану та Університет Саскачевану, пошук стійких альтернатив літієвим батареям залишається важливою сферою дослідження та відкриття.

Джерело: Еnvironment+Eenergy Leader