We kennen allemaal de oplaadbare en efficiënte lithium-ion (Li-ion) batterijen in onze smartphones, laptops en ook in elektrische auto's.

Helaas, lithium is een beperkte hulpbron, dus het zal een uitdaging zijn om te voldoen aan de groeiende vraag naar relatief goedkope batterijen in de wereld. Daarom, onderzoekers zijn nu op zoek naar alternatieven voor de Li-ion-batterij.

Een veelbelovend alternatief is om lithium te vervangen door het metaal natrium - om Na-ionbatterijen te maken. Natrium komt in grote hoeveelheden voor in zeewater en kan er gemakkelijk uit worden gewonnen.

"De Na-ion batterij is nog in ontwikkeling, en onderzoekers werken aan het verlengen van de levensduur, het verlagen van de oplaadtijd en het maken van batterijen die veel watt kunnen leveren, " zegt onderzoeksleider Dorthe Bomholdt Ravnsbæk van de afdeling Natuurkunde, Chemie en Farmacie aan de Universiteit van Zuid-Denemarken.

Zij en haar team houden zich bezig met het ontwikkelen van nieuwe en betere oplaadbare batterijen die de veelgebruikte Li-ion-batterijen van vandaag kunnen vervangen.

Om de Na-ion-batterijen een alternatief te laten worden, er moeten betere elektrodematerialen worden ontwikkeld - iets wat zij en collega's van de University of Technology en het Massachusetts Institute of Technology, VS, hebben gekeken in een nieuwe studie gepubliceerd in het tijdschrift ACS toegepaste energiematerialen .

Maar voordat we naar de details van deze studie kijken, laten we eens kijken waarom de Na-ionbatterij het potentieel heeft om het volgende grote batterijsucces te worden.

"Een duidelijk voordeel is dat natrium een ​​zeer gemakkelijk beschikbare hulpbron is, die in zeer grote hoeveelheden in zeewater wordt aangetroffen. Lithium, anderzijds, is een beperkte hulpbron die slechts op een paar plaatsen in de wereld wordt gedolven, " legt Dorthe Bomholdt Ravnsbæk uit.

Een ander voordeel is dat Na-ion-batterijen geen kobalt nodig hebben, die nog steeds nodig is in Li-ion-batterijen. Het grootste deel van het kobalt dat tegenwoordig wordt gebruikt om Li-ionbatterijen te maken, wordt gedolven in de Democratische Republiek Congo, waar rebellie, ongeorganiseerde mijnbouw en kinderarbeid zorgen voor onzekerheid en morele scrupules met betrekking tot de kobalthandel in het land.

Het is ook positief dat Na-ion-batterijen kunnen worden geproduceerd in dezelfde fabrieken die tegenwoordig Li-ion-batterijen maken.

In hun nieuwe studie Dorthe Bomholdt Ravnsbæk en haar collega's hebben een nieuw elektrodemateriaal op basis van ijzer onderzocht, mangaan en fosfor.

De nieuwe draai aan het materiaal is de toevoeging van het element mangaan, waardoor de accu niet alleen een hogere spanning (volt) krijgt, maar verhoogt ook de capaciteit van de batterij en zal waarschijnlijk meer watt leveren. Dit komt omdat de transformaties die plaatsvinden op atomair niveau tijdens de ontlading en lading aanzienlijk worden veranderd door de aanwezigheid van mangaan.

"Soortgelijke effecten zijn waargenomen bij Li-ionbatterijen, maar het is zeer verrassend dat het effect behouden blijft in een Na-ion batterij, aangezien de interactie tussen de elektrode en Na-ionen heel anders is dan die van Li-ionen, ", zegt Dorthe Bomholdt Ravnsbæk.

Ze zal niet proberen te voorspellen wanneer we Na-ion-batterijen op zeewater kunnen verwachten in onze telefoons en elektrische auto's. want er zijn nog enkele uitdagingen die moeten worden opgelost. Een uitdaging is dat het moeilijk kan zijn om kleine Na-ion-batterijen te maken. Maar grote batterijen hebben ook waarde, bijvoorbeeld als het gaat om het opslaan van wind- of zonne-energie.

Dus, in 2019, zo'n gigantische 100 kWh Na-ion-batterij werd ingehuldigd om te worden getest door Chinese wetenschappers in het Yangtze River Delta Physics Research Center. De gigantische batterij bestaat uit meer dan 600 verbonden Na-ion batterijcellen, en het levert stroom aan het gebouw waarin het centrum is gevestigd. De stroom die in de batterij wordt opgeslagen, is overtollige stroom van het hoofdnet.