A nátrium olcsóbb megoldást jelenthet az energiatárolásra mint a lítium

Ahogy a világ egyre inkább elszakadna a fosszilis tüzelőanyagoktól és átváltana a nap és a szél energiára, az ipari előrejelzések szerint ez hatalmas méretekben növeli az akkumulátor farmok igényét – amelyek akkor oldanák meg az energiaellátást, amikor az ég sötét vagy nem elég erős a szél.

Ezt a hullámot meglovagolva a Stanford Egyetem kutatói egy új nátrium alapú elemet fejlesztettek ki, ami képes ugyanannyi energiát elraktározni mint a legmodernebb lítium ionos elemek, azonban azokhoz képest lényegesen alacsonyabb áron.

Zhenan Bao és munkatársai nem az elsők a nátriumon alapuló elemek tervezésében, azonban az új tanulmányukban leírt megközelítés ára mindössze a 80%-a egy ugyanolyan tárolókapacitású lítium elemnek.

“Lehet hogy semmi nem fogja felülmúlni a lítium teljesítményét,” mondta Bao.“De a lítium annyira ritka és drága, hogy más nagy teljesítményű, de olcsó elemeket kell fejlesztenünk, amik a nátriumhoz hasonló gyakori anyagokon alapulnak.”

Az elemek árának ötödét az összetevők ára jelenti – ami a lítium esetében 15000 dollár per tonnát jelent. Ezért a Stanford csapata az elemeit nátrium alapúra tervezi, aminek az ára csak 150 dollár per tonna.

A nátrium alapú elektródák felépítése a sókhoz hasonló – egy pozitív töltésű ion egy negatív töltésű ionhoz kapcsolódik. A konyhasónál a nátrium párja a klór, azonban az új elemnél a klór helyét a mio-inozitol veszi át. A mio-inozitol többek között a rizskorpából és a kukorica őrlés folyékony melléktermékeiből nyerhető ki és gyakorisága tovább csökkenti az elem árát.

A nátrium só képzi az elem katódját, ahol az elektronokat elraktározzák. Az elem belső kémiája az elektronokat az anód felé tereli, ami ebben az esetben egy foszfortartalmú anyagból épül fel. Minél hatékonyabban mozognak az elektronok a katód és az anód között, annál jobban működik az elem.

A tudósok a nátrium és a mio-inozitol segítségével feljavították az elektronok folyását, ezzel lényegesen jobb teljesítményű elemet hozva létre, mint a korábbi próbálkozásoknál. Jelenleg a kutatók főleg az ár-teljesítmény különbségekre fókuszáltak az új nátrium és a legmodernebb lítium elemek között, azonban a jövőben az energiasűrűségre is figyelniük kell  majd – mekkora nátrium ionos elem képes akkora energiát elraktározni mint egy lítium ionos rendszer.

Ezen felül a kutatók optimalizálták az elem töltés-visszatöltés ciklusát is – ami azt mutatja meg, milyen hatékonysággal tárolja el az elem például a tetőn lévő napelem energiáját és azt utána milyen hatékonysággal adja vissza a lakás ellátásához. Hogy jobban megértsék mit történik atomi szinten a tudósok a SLAC Nemzeti Gyorsitó Laboratórium tudósainak segítségét kérték. Együtt megvizsgálták pontosan, hogyan kapcsolódnak és válnak le a nátrium ionok a katódról – ezzel képesek voltak tovább javítani az elem teljesítményén.

A tudósok reményei szerint sikerült megmutatniuk, hogy a nátrium alapú elemek egy olcsóbb alternatívát jelentenek a lítium alapú technológiával szemben. Mivel már optimalizálták a katódot és a töltési ciklust, a kutatók most az új elem anódjára fókuszálnak majd.

“Ez már így is egy jó terv, de biztosak vagyunk benne hogy ez tovább javítható, a foszforos anód további optimalizálásával,” mondta Yi Cui, a kutatócsapat egyik tagja.

Forrás: nature.com

Szerkesztő: arsratio

Oszd meg

2 hozzászólás

  1. Nem vagyok vegyész, de emlékszem a kémia órákra, ahol a foszfor szabad levegőn azonnal ég, nem is beszélve a nátriumról. Mindkettőt folyadékban tartották, hogy ne érintkezzen levegővel

    válasz küldése
    • Légy erős: a lítium is. De az akkumulátorok belsejében meglepően kevés a szabad levegő…

      válasz küldése

Hozzászólás küldése

Az email címet nem tesszük közzé. A kötelező mezőket * karakterrel jelöljük.