Przełom w bateriach sodowych. Wilgoć okazała się atutem

Przez wiele lat inżynierowie pracujący nad bateriami robili wszystko, aby usuwać wodę z materiałów używanych do ich produkcji. Uważano, że wilgoć osłabia strukturę i pogarsza parametry ogniw. Nowe badania pokazują jednak, iż w niektórych przypadkach może być dokładnie odwrotnie.

Zespół z University of Surrey sprawdził, jak zachowuje się materiał katodowy zawierający wodę w swojej strukturze. Chodzi o związek nazywany uwodnionym wanadanem sodu o nanostrukturalnej budowie. Jest to materiał warstwowy oparty na sodzie, który naturalnie wiąże cząsteczki wody w swojej strukturze krystalicznej.

Woda zamiast wroga okazała się wsparciem

Do tej pory takie materiały były zazwyczaj podgrzewane, by odparować wodę. Zakładano, iż w ten sposób poprawi się ich trwałość. Badacze z Surrey postanowili sprawdzić, czy rzeczywiście jest to konieczne. Wyniki okazały się zaskakujące.

Przez wiele lat inżynierowie pracujący nad bateriami robili wszystko, aby usuwać wodę z materiałów używanych do ich produkcji. Uważano, że wilgoć osłabia strukturę i pogarsza parametry ogniw. Nowe badania pokazują jednak, iż w niektórych przypadkach może być dokładnie odwrotnie.

Okazało się, że materiał z zachowaną wodą radzi sobie lepiej niż jego „wysuszona” wersja. W testach laboratoryjnych katoda była w stanie magazynować niemal dwa razy więcej ładunku niż typowe katody w bateriach sodowych. Co więcej, zachowywała stabilność przez ponad 400 cykli ładowania i rozładowania.

Naukowcy zauważyli również, iż uwodniony materiał ładuje się szybciej oraz osiąga wyższą pojemność niż wersja pozbawiona wody. Według autorów badań to jeden z najlepszych wyników wśród dotychczas opisanych katod sodowych.

Dlaczego woda pomaga

Obecność wody w strukturze materiału ułatwia przemieszczanie się jonów sodu pomiędzy warstwami podczas ładowania i rozładowania. Jony mogą poruszać się swobodniej, a reakcje chemiczne zachodzą szybciej. W praktyce przekłada się to na lepszą wydajność i większą gęstość energii.

To odkrycie podważa dotychczasową zasadę, że materiały do baterii powinny być maksymalnie suche. W tym przypadku naturalna chemia związku okazała się atutem, a nie problemem.

Dodatkowy efekt: odsalanie wody

Podczas badań odkryto jeszcze jedną ciekawą właściwość. Gdy bateria pracowała w słonej wodzie, materiał nadal działał skutecznie. Co więcej, pomagał usuwać jony sodu z roztworu. Równocześnie elektroda grafitowa wychwytywała jony chlorkowe.

W efekcie powstawał proces przypominający odsalanie wody. Bateria nie tylko magazynowała energię, ale jednocześnie przyczyniała się do oczyszczania wody z soli. To wstępne wyniki, lecz pokazują, że technologia może mieć szersze zastosowanie niż samo przechowywanie energii.

Szansa dla baterii sodowych

Baterie sodowe są postrzegane jako tańsza i bardziej dostępna alternatywa dla ogniw litowo-jonowych. Sód jest pierwiastkiem powszechnie występującym oraz łatwo dostępnym na całym świecie. To sprawia, że technologia ta może być atrakcyjna zwłaszcza w dużych instalacjach, na przykład do magazynowania energii z odnawialnych źródeł.

Jeśli wyniki badań uda się potwierdzić w większej skali, może to być ważny krok w rozwoju baterii sodowych. Dodatkową zaletą jest prostota rozwiązania. Zamiast stosować skomplikowane i energochłonne procesy suszenia, można wykorzystać naturalne właściwości materiału. To może obniżyć koszty produkcji i ograniczyć wpływ na środowisko.

Na razie są to wyniki badań laboratoryjnych. Kolejne etapy pokażą, czy technologia sprawdzi się w zastosowaniach komercyjnych. Jeśli tak się stanie, woda w bateriach przestanie być traktowana jak problem, a zacznie być postrzegana jako element, który może poprawić ich działanie.