Onderzoekers van de Universiteit van Wollongong hebben een nanomateriaal vervaardigd dat fungeert als een superieure kathode voor natrium-zwavelbatterijen op kamertemperatuur. waardoor ze aantrekkelijker worden voor grootschalige energieopslag.

Hun onderzoeksresultaten zijn gepubliceerd in Natuurcommunicatie , waar ze te zien waren op de webpagina met hoogtepunten van de redactie.

Natrium-zwavelbatterijen op kamertemperatuur zijn een aantrekkelijk voorstel voor energieopslag van de volgende generatie, die nodig zullen zijn om aan de toenemende vraag te voldoen. Een superieure natrium-zwavelbatterij op kamertemperatuur met een hoge energiedichtheid en een lange levensduur zou een goedkope en concurrerende technologie bieden voor grootschalige stationaire opslag, en daarmee de verschuiving naar hernieuwbare energie te bevorderen.

Echter, Natrium-zwavelbatterijen bij kamertemperatuur hebben momenteel last van snelle capaciteitsvervaging en een lage omkeerbare capaciteit.

De onderzoekers overwonnen dit probleem door een nanomateriaal te creëren - nikkelsulfide nanokristallen geïmplanteerd in met stikstof gedoteerde poreuze koolstofnanobuizen - die uitstekende prestaties vertoonden bij gebruik als kathodes.

Hoofdonderzoekers Dr. Yunxiao Wang en universitair hoofddocent Shulei Chou, van UOW's Instituut voor Supergeleidende en Elektronische Materialen, zei dat hun onderzoeksgroep sinds 2016 aan natrium-zwavelbatterijen op kamertemperatuur werkte.

"Voor nu, de werkelijke energiedichtheden van natrium-zwavelbatterijen staan ​​ver af van de theoretische waarden, " zei Dr. Wang.

"Hun praktische toepassingen worden voornamelijk belemmerd door de problematische zwavelkathode vanwege de isolerende aard en de langzame redoxkinetiek, evenals het oplossen en migreren van de reactietussenproducten."

Het onderzoeksteam experimenteerde met een aantal verschillende materialen voor hun doorbraak. Het nieuwe nanomateriaal levert niet alleen superieure prestaties, maar is ook geschikt voor grootschalige productie en dus commercialisering.

doctoraat kandidaat de heer Zichao Yan wijdde zich aan het uitvoeren van de ingewikkelde experimenten die nodig zijn voor dit werk.

"We hebben veel koolstofgastheren geprobeerd, en vond uiteindelijk de nikkelsulfide nanokristallen geïmplanteerde stikstof-gedoteerde poreuze koolstof nanobuisjes als een multifunctionele zwavelgastheer, ' zei meneer Jan.

"We ontdekten dat de continue koolstofruggengraat in de gastheer korte ionendiffusiepaden en een snelle overdrachtssnelheid kan bieden. En de stikstofdoteringsplaatsen en het polaire oppervlak van nikkelsulfide zijn in staat om de adsorptie-energie van polysulfiden te verbeteren, wat leidt tot een sterke katalytische activiteit tegen polysulfide-oxidatie.

"Dit geeft aan dat natrium-zwavelbatterijen met deze zwavelgastheer mogelijk een langere levensduur en hoge prestaties bij snel opladen en ontladen kunnen bieden."

De volgende stap, Professor Chou zei:was om de productie van het materiaal op te schalen.

"Al onze eerdere papieren, waaronder deze, waren gericht op het vinden van een efficiënte gastheer voor onderzoek op laboratoriumschaal. De volgende stap voor onze groep is om natriumzwavelbatterijen van laboratoriumschaal naar industrieschaal te brengen, en maak een echte aanvraag voor dit batterijsysteem."