Prva natrijeva baterija u čvrstom stanju bez anoda

Baterije bez anoda posjeduju optimalnu arhitekturu ćelija zbog smanjene težine, volumena i cijene. Međutim, njihova je primjena ograničena nestabilnim morfološkim promjenama anode i reakcijama sučelja anoda-tekući elektrolit.

Istraživači Laboratorija za pohranu i pretvorbu energije na Sveučilištu UChicago stvorili su prvu natrijevu bateriju u čvrstom stanju bez anoda na svijetu.

U radu objavljenom u časopisu Nature, znanstvenici pokazuju da elektrokemijski stabilan čvrsti elektrolit i primjena tlaka mogu riješiti dosadašnje probleme u izradi takvih baterija  omogućujući taloženje gustog metalnog natrija. Nadalje, utvrđeno je da aluminijski kolektor struje postiže bliski kontakt čvrsto-kruto s čvrstim elektrolitom, što omogućuje visoko reverzibilno nanošenje i skidanje natrija pri visokim površinskim kapacitetima i gustoćama energije, što se prije nije moglo postići s konvencionalnom aluminijskom folijom.

Ova ćelijska arhitektura služi kao budući smjer za druge kemije baterija kako bi se omogućile jeftine baterije visoke gustoće i brzog punjenja koje bi primjenu mogle naći u električnim automobilima.

Rad demonstrira novu arhitekturu natrijeve baterije sa stabilnim ciklusima tijekom nekoliko stotina ciklusa. Uklanjanjem anode i korištenjem jeftinog, bogatog natrija umjesto litija, ovaj novi oblik baterije bit će pristupačniji i ekološki prihvatljiviji za proizvodnju, a kroz svoj inovativni solid-state dizajn, baterija će također biti sigurna i snažna.

Ovaj rad je i napredak u znanosti i nužan korak za popunjavanje praznine u skaliranju baterija potrebnog za prijelaz svjetske ekonomije s fosilnih goriva.

Natrij, čest u oceanskoj vodi i rudarstvu, sam po sebi je ekološki prihvatljiviji materijal za baterije. Tradicionalne baterije imaju anodu za skladištenje iona dok se baterija puni. Dok je baterija u upotrebi, ioni teku od anode kroz elektrolit do kolektora struje (katode), usput napajajući uređaje.

Baterije bez anode uklanjaju anodu i pohranjuju ione na elektrokemijskom taloženju alkalnog metala izravno na kolektor energije. Ovaj pristup omogućuje viši napon, nižu cijenu ćelije i povećanu gustoću energije.

Umjesto da koriste elektrolit koji okružuje kolektor struje, istraživači su stvorili kolektor struje od aluminijskog praha, krutine koja može teći poput tekućine, koji okružuje elektrolit.

Tijekom sastavljanja baterije prah je zgusnut pod visokim pritiskom kako bi se formirao čvrsti kolektor struje uz održavanje kontakta poput tekućine s elektrolitom, što omogućuje jeftino i visoko učinkovito cikliranje.

Znanstvenici predviđaju energetsku budućnost s nizom čistih, jeftinih opcija baterija koje pohranjuju obnovljivu energiju, prilagođenu potrebama društva.