Przełom w bateriach. Obecność wody podwaja ich moc
Ogniwa oparte na sodzie od dawna stanowią bezpieczniejszą i czystszą alternatywę dla dominujących na rynku technologii litowo-jonowych.
Ich największą wadą była jednak dość niska pojemność. Naukowcy znaleźli właśnie niezwykle proste rozwiązanie tego problemu, a kluczem do sukcesu okazała się… najzwyklejsza w świecie woda.
Obecnie technologia litowo-jonowa nie ma sobie równych, jeśli chodzi o gęstość energii i niską wagę. Właśnie dlatego znajdziemy ją w naszych smartfonach, laptopach oraz samochodach elektrycznych. Niestety, wydobycie litu jest drogie, skomplikowane i fatalne w skutkach dla środowiska naturalnego. Same baterie bywają z kolei podatne na przegrzewanie (co czasem kończy się pożarem) i drastycznie tracą na wydajności w niskich temperaturach.
Sód zamiast litu
To właśnie z tych powodów inżynierowie z całego świata coraz chętniej zerkają w stronę baterii sodowo-jonowych. Sód jest pierwiastkiem powszechnie dostępnym, łatwym w pozyskaniu i wolnym od geopolitycznych zawirowań, które towarzyszą rynkowi litu. Choć ogniwa tego typu są znacznie bezpieczniejsze i tańsze w produkcji, są niestety dużo cięższe i potrafią zmagazynować zauważalnie mniej energii. Przynajmniej do teraz.
Badacze z brytyjskiego University of Surrey podeszli do tematu materiałów katodowych w zupełnie nowy sposób, co pozwoliło im niemal podwoić pojemność magazynowanej w nich energii.
Woda zmienia zasady gry
Kluczem do sukcesu okazał się związek chemiczny o nazwie NVOH (nanostrukturalny hydrat wanadanu). Choć materiał ten był już wcześniej testowany, powszechnie uważano, że należy z niego za wszelką cenę usunąć wilgoć, aby zapobiec problemom technicznym. Zespół z Surrey postanowił zignorować tę zasadę.
„Nasze wyniki były całkowicie nieoczekiwane” – tłumaczy główny autor badania, Daniel Commandeur. „Postanowiliśmy podważyć utarte założenia i celowo zostawiliśmy wodę w materiale, a rezultat okazał się znacznie lepszy, niż przewidywaliśmy. Związek ten wykazał dużo większą wydajność i stabilność”.
Dlaczego tak się dzieje? Badanie opublikowane w czasopiśmie „Journal of Materials Chemistry A” wyjaśnia, że cząsteczki wody sprawiły, iż warstwy materiału nieznacznie się od siebie odsunęły. To dało jonom sodu więcej wolnej przestrzeni do swobodnego przemieszczania się wewnątrz katody, pozwalając na magazynowanie znacznie większej ich ilości. Co równie ważne, testowe ogniwa przetrwały ponad 400 cykli ładowania bez utraty stabilności.
Niespodziewany bonus, czyli odsalanie
Na zwiększeniu gęstości energetycznej dobre wiadomości się jednak nie kończą. Zespół badawczy przetestował nowy, „nawodniony” materiał również w procesie odsalania. Okazało się, że NVOH radzi sobie z tym zadaniem wyśmienicie, dorównując powszechnie stosowanym elektrodom.
Oznacza to, że w przyszłości baterie sodowo-jonowe mogą zyskać podwójną funkcję. Docelowo inżynierowie wyobrażają sobie ogromne systemy, które nie tylko magazynowałyby zieloną energię przy użyciu całkowicie darmowej i bezpiecznej wody morskiej jako elektrolitu, ale jednocześnie – jako produkt uboczny swojego działania – dostarczałyby ludziom słodką, pitną wodę.
Jak naprawdę dbać o baterię w MacBooku w czasach macOS 26 Tahoe
