Οι μπαταρίες ιόντων νατρίου πλησιάζουν στη γρήγορη φόρτιση καθώς οι ερευνητές σπάνε τα σημεία συμφόρησης ιόντων

Ερευνητές στο Πανεπιστήμιο της Οξφόρδης και στο Πανεπιστήμιο Επιστήμης του Τόκιο δημοσίευσαν ξεχωριστές μελέτες στις 17 Δεκεμβρίου που περιγράφουν λεπτομερώς τις προόδους στις ταχύτητες φόρτισης των μπαταριών ιόντων νατρίου και τους στερεούς ηλεκτρολύτες που διατηρούν την αγωγιμότητα.

Επιστήμονες στο Πανεπιστήμιο Επιστημών του Τόκιο έδειξε ότι οι μπαταρίες ιόντων νατρίου που χρησιμοποιούν ηλεκτρόδια σκληρού άνθρακα φορτίζονται πιο γρήγορα από τις συμβατικές μπαταρίες ιόντων λιθίου. Η ομάδα του καθηγητή Shinichi Komaba εφάρμοσε μια μέθοδο αραιωμένων ηλεκτροδίων, η οποία περιλαμβάνει την ανάμειξη σωματιδίων σκληρού άνθρακα με ηλεκτροχημικά ανενεργό οξείδιο του αργιλίου. Αυτή η προσέγγιση αφαιρεί την κυκλοφοριακή συμφόρηση ιόντων που εμφανίζονται σε πυκνά σύνθετα ηλεκτρόδια κατά τη διάρκεια της ταχείας φόρτισης.

Οι ερευνητές διεξήγαγαν κυκλική βολταμετρία και ηλεκτροχημική ανάλυση για να αξιολογήσουν την κίνηση των ιόντων. Οι μετρήσεις τους έδειξαν ότι τα ιόντα νατρίου ταξιδεύουν μέσω του σκληρού άνθρακα πιο γρήγορα από τα ιόντα λιθίου. Ο φαινομενικός συντελεστής διάχυσης, ο οποίος ποσοτικοποιεί την κινητικότητα των ιόντων, αποδείχθηκε υψηλότερος για το νάτριο παρά για το λίθιο γενικά.

Ο Komaba δήλωσε, «Τα αποτελέσματά μας ποσοτικά δείχνουν ότι η ταχύτητα φόρτισης ενός SIB που χρησιμοποιεί μια άνοδο HC μπορεί να επιτύχει ταχύτερους ρυθμούς από αυτόν ενός LIB». Η μελέτη αποκάλυψε περαιτέρω ότι τα ιόντα νατρίου χρειάζονται λιγότερη ενέργεια ενεργοποίησης για να δημιουργήσουν ψευδομεταλλικά σμήνη μέσα σε νανοπόρους σκληρού άνθρακα. Αυτή η ιδιότητα καθιστά την εισαγωγή νατρίου στο υλικό λιγότερο επηρεασμένη από τις διακυμάνσεις της θερμοκρασίας.

Η έρευνα του Τόκιο δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Chemical Science. Αυτά τα ευρήματα καθορίζουν τις εγγενείς δυνατότητες φόρτισης των ανοδίων σκληρού άνθρακα σε μπαταρίες ιόντων νατρίου σε σύγκριση με τις αντίστοιχες μπαταρίες ιόντων λιθίου.

Στο Πανεπιστήμιο της Οξφόρδης, ο Paul McGonigal και η διδακτορική φοιτήτρια Juliet Barclay αναπτηγμένος ηλεκτρολύτες με βάση το κυκλοπροπένιο. Αυτά τα οργανικά υλικά διατηρούν την ιοντική αγωγιμότητα κατά τη μετάβαση από υγρή σε στερεή κατάσταση. Αυτή η εξέλιξη αντικρούει την τυπική ηλεκτροχημική παρατήρηση ότι η κινητικότητα των ιόντων μειώνεται απότομα όταν τα υγρά στερεοποιούνται.

Η ομάδα συνέθεσε μόρια σε σχήμα δίσκου εξοπλισμένα με εύκαμπτες πλευρικές αλυσίδες. Κατά τη στερεοποίηση, αυτά τα μόρια αυτοσυγκεντρώνονται σε στηλώδεις δομές. Ο σχεδιασμός κατανέμει το θετικό φορτίο ομοιόμορφα σε έναν επίπεδο μοριακό πυρήνα. Αυτή η διαμόρφωση αποφεύγει την παγίδευση αρνητικών ιόντων και διατηρεί μια διαπερατή ρύθμιση που υποστηρίζει τη μεταφορά ιόντων.

Ο Barclay παρατήρησε, «Έχουμε αποδείξει ότι είναι δυνατό να κατασκευαστούν οργανικά υλικά έτσι ώστε η κινητικότητα των ιόντων να μην παγώνει όταν το υλικό στερεοποιείται». Οι δοκιμές στη μελέτη επιβεβαίωσαν τη σταθερή αγωγιμότητα σε υγρές, υγρές-κρύσταλλες και στερεές φάσεις για διαφορετικούς τύπους ιόντων.

Δημοσιεύτηκε στο Science, το έργο της Οξφόρδης υπογραμμίζει τη σταθερή απόδοση στην αγωγιμότητα ανεξάρτητα από την κατάσταση φάσης. Οι κατασκευαστές μπορούν να θερμάνουν αυτούς τους ηλεκτρολύτες σε υγρή κατάσταση κατά τη συναρμολόγηση της μπαταρίας. Στη συνέχεια, η ψύξη παράγει σταθερές στερεές μορφές που αποτρέπουν τη διαρροή και μειώνουν τους κινδύνους πυρκαγιάς χωρίς να διακυβεύεται η απόδοση της κίνησης των ιόντων.

Πίστωση επιλεγμένης εικόνας