PV_1_22
Welcome to interactive presentation, created with Publuu. Enjoy the reading!
18
magazyn fotowoltaika 1/2022
TECHNOLOGIE
W
2021 r. naukowcy z University of Texas w Austin opraco-
wali nowy materiał akumulatorowy na bazie sodu, który
jest bardzo stabilny, a jednocześnie zdolny do ładowania tak
szybko jak tradycyjny akumulator litowo-jonowy. Ten rodzaj aku-
mulatora ma potencjał do dostarczania większej ilości energii niż
obecne technologie akumulatorowe.
W jednym z dwóch ostatnich udoskonaleń akumulatorów
sodowych wprowadzonych przez UT Austin nowy materiał roz-
wiązuje problem dendrytów i ładuje się tak szybko, jak akumula-
tor litowo-jonowy. Zespół opublikował swoje wyniki w czasopi-
śmie „Advanced Materials”.
– Zasadniczo rozwiązujemy dwa problemy naraz – powiedział
dr David Mitlin, profesor z Wydziału Inżynierii Mechanicznej
i Laboratorium Badań Stosowanych w Cockrell School of Engi-
neering, który zaprojektował nowy materiał. – Zazwyczaj im szyb-
ciej ładujesz, tym więcej powstaje dendrytów. Więc jeśli powstrzymasz
wzrost dendrytów, możesz szybciej ładować i rozładowywać akumula-
tor, ponieważ staje się to bezpieczne.
Graeme Henkelman, profesor na Wydziale Chemii i Instytu-
cie Inżynierii Obliczeniowej i Nauk w Oden, wykorzystał model
komputerowy, aby wyjaśnić z teoretycznego punktu widzenia,
dlaczego materiał ten ma wyjątkowe właściwości.
– Ten materiał jest również ekscytujący, ponieważ metaliczna
anoda sodowa ma teoretycznie najwyższą gęstość energii ze wszystkich
anod sodowych – powiedział Henkelman.
Rośnie zapotrzebowanie na stacjonarne systemy magazyno-
wania energii dla gospodarstw domowych oraz na wygładzenie
przypływów i odpływów energii wiatrowej i słonecznej w sieciach
elektrycznych. Jednocześnie wydobycie litu zostało skrytykowane
ze względu na jego wpływ na środowisko, w tym intensywne zuży-
cie wód gruntowych, zanieczyszczenie gleby i wody oraz emisję
dwutlenku węgla. Baterie litowo-jonowe zazwyczaj wykorzystują
również kobalt, który jest drogi i wydobywany głównie w Demo-
kratycznej Republice Konga, gdzie ma duży, niszczący wpływ na
ludzkie zdrowie i środowisko. Dla porównania wydobycie sodu
jest tańsze i bardziej przyjazne dla środowiska.
Mitlin jest przekonany, że ta nowa innowacja i inne odkrycia
z UT Austin, w tym nowy stały elektrolit, który zwiększa możli-
wości magazynowania energii, będą oznaczać, że baterie sodowe
mogą wkrótce być w stanie zaspokoić rosnące zapotrzebowanie na
stacjonarne magazynowanie energii.
Podczas ładowania akumulatora jony (takie jak lit lub sód)
przemieszczają się z jednego elementu, zwanego katodą, do dru-
giego, zwanego anodą. Kiedy bateria jest wykorzystywana do
oddawania zmagazynowanej energii elektrycznej (można powie-
dzieć, że w czasie przemieszczania się jonów następuje wytwarza-
nie energii elektrycznej), jony przemieszczają się z anody z powro-
tem do katody.
Nowy materiał anodowy, zwany międzymetalicznym telurkiem
sodowo-antymonowym – kompozytem metalicznym Na (NST-
-Na), jest wytwarzany przez walcowanie cienkiej blachy metalicz-
nego sodu na proszek z telurkiem antymonu, składanie go na sie-
bie i wielokrotne powtarzanie. Proces ten skutkuje bardzo równo-
miernym rozmieszczeniem atomów sodu, co sprawia, że jest mniej
podatny na tworzenie dendrytów lub korozję powierzchniową niż
istniejące anody sodowo-metalowe. Dzięki temu bateria jest bar-
dziej stabilna i umożliwia szybsze ładowanie, porównywalne z szyb-
kością ładowania baterii litowo-jonowej. Ma również wyższą pojem-
ność energetyczną niż istniejące akumulatory sodowo-jonowe.
Henkelman powiedział, że jeśli atomy sodu przenoszące ładu-
nek w akumulatorze sodowym wiążą się ze sobą silniej niż z anodą,
mają tendencję do tworzenia niestabilności lub grudek sodu,
które przyciągają więcej atomów sodu i ostatecznie prowadzą
do powstania dendrytów. Wykorzystał symulację komputerową,
aby odkryć, co się dzieje, gdy poszczególne atomy sodu wchodzą
w interakcję z nowym materiałem kompozytowym NST-Na.
– W naszych obliczeniach ten kompozyt wiąże sód nieco silniej niż
sam sód, co stanowi idealne warunki, aby atomy sodu opadły i równo-
miernie rozłożyły się na powierzchni, zapobiegając tworzeniu się tych
niestabilności – powiedział Henkelman.
UT Austin złożył wniosek patentowy na produkcję, strukturę
i funkcjonalność nowego materiału anodowego z metalu sodowego.
Badania te były możliwe dzięki wsparciu National Science
Foundation i Th e Welch Foundation.
Opracowanie: Mirosław Grabania
Źródło: University of Texas at Austin
Akumulatory sodowo-jonowe
Od około dekady naukowcy i inżynierowie opracowują akumulatory sodowe, które zastępują lit i kobalt – stosowane w obecnych
akumulatorach litowo-jonowych – tańszym, bardziej przyjaznym dla środowiska sodem. Niestety, we wcześniejszych akumulato-
rach sodowych element zwany anodą miał tendencję do tworzenia włókien przypominających igłę, tzw. dendrytów, które mogą
powodować zwarcie elektryczne w akumulatorze, a nawet doprowadzić do zapłonu lub eksplozji.
Fot. University of Texas at Austin
Fot. University of Texas at Austin
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56