Een nieuwe chemie van natrium-ionbatterijen die superieure prestaties vertoont ten opzichte van bestaande ultramoderne op natrium gebaseerde batterijen, zou de katalysator kunnen zijn voor massaproductie van de opkomende technologie voor grootschalige energieopslag, zoals in toepassingen zoals het opslaan van zonne-energie voor industriële sites.

Ondanks de aantrekkingskracht van natrium als een goedkope, overvloedige en milieuvriendelijke bouwsteen voor energieopslag, het is een relatief nieuwkomer op het gebied van onderzoek en ontwikkeling op het gebied van batterijtechnologie.

Een belangrijk probleem voor natrium-ionbatterijen is dat veel van de actieve materialen die in hun chemie worden gebruikt, gevoelig zijn voor lucht - blootstelling aan zelfs maar een paar luchtmoleculen kan het materiaal aantasten en de prestaties van de batterij verminderen.

Dit betekende ook dat er gespecialiseerde apparatuur nodig was om lucht te verwijderen om de materialen te verwerken, hun kosten opdrijven.

Krachtig en haalbaar

Zowel de materiaalprestaties als de industriële haalbaarheidsproblemen aanpakken, Onderzoekers van het University of Wollongong (UOW) Institute for Superconducting and Electronic Materials (ISEM) hebben met succes een materiaal ontwikkeld op basis van overgangsmetalen dat niet gevoelig is voor lucht en daardoor veel gemakkelijker in massa kan worden geproduceerd.

Het materiaal heeft als bijkomend voordeel een uitstekende fietsstabiliteit, waardoor het aantrekkelijker wordt voor commerciële batterijfabrikanten.

"Een van de voortdurende problemen voor batterijen is de levensduur, of hoe vaak het effectief kan opladen en ontladen, " hoofdonderzoeker Dr. Wenbin Luo zei.

"We konden voortbouwen op eerder onderzoek om proof-of-concept batterijcellen te produceren om de prestaties van dit materiaal aan te tonen, en het toonde een fantastische energiedichtheid en levensduur.

"In aanvulling, we hebben de processen ontwikkeld om dit materiaal goedkoop en gemakkelijk te vervaardigen, wat een groot deel uitmaakt van het aantrekkelijk maken voor commercialisering."

De volgende stap is om het materiaal te optimaliseren om het maximale aantal cycli uit de batterijen te halen, die een sleutelfactor zal zijn in de commerciële levensvatbaarheid van natrium-ionbatterijen.

"Met nieuwe materialen en verwerkingstechnieken kunnen we ons concentreren op verdere ontwikkeling die de weg vrijmaakt voor de overgang naar commercialisering van dit opwindende en broodnodige alternatief voor lithium-ionbatterijen."

Dit materiaal, onlangs in het tijdschrift gerapporteerd Geavanceerde energiematerialen , is ontwikkeld als een samenwerking tussen onderzoekers van ISEM en Guilin University of Electronic Technology in China en biedt een grote stap voorwaarts in de ontwikkeling van natrium-ionbatterijen voor praktische toepassingen.

Van lab tot productielijn

In een tweede paper, ook onlangs gepubliceerd in het tijdschrift Geavanceerde energiematerialen , onderzoekers van ISEM werden uitgenodigd om de huidige stand van het onderzoek naar natriumionbatterijen wereldwijd te bekijken, met name de factoren die een bredere commercialisering van de technologie in de weg staan.

De ontwikkeling van natriumionbatterijen is een fel omstreden onderzoeksgebied op het gebied van energiematerialen en het overzichtsartikel biedt een grondig begrip van het onderzoeks- en ontwikkelingslandschap.

Hoewel natrium-ion niet kan concurreren met lithium in persoonlijke elektronica vanwege de lagere energiedichtheid, het wordt gezien als een levensvatbaar alternatief voor grootschalige opslag waar de grootte van de batterij minder een probleem is.

Daten, veel van het onderzoek was gericht op het verfijnen van de materialen voor de belangrijkste componenten van de batterij, maar er werd weinig nadruk gelegd op het maken van een complete cel.

"Commercieel ontwerp met volledige cellen omvat het optimaliseren van de capaciteitsbalans tussen de kathode en de anode, het vinden van een stabiele elektrolytoplossing, het kiezen van geschikte additieven en bindmiddelen, een scheidingsteken selecteren, evenals de productiekosten van de actieve materialen voor de elektroden en de totale productiekosten van de batterijen, ' zei dokter Luo.

"Dit is niet altijd een eenvoudig proces, aangezien veel van deze parameters onderling afhankelijk zijn, er is dus een aanzienlijke hoeveelheid trial-and-error bij het selecteren van de beste combinatie van ontwerpparameters.

"Ons beoordelingsdocument toont de diepte van onderzoek dat optimalisatie van een enkel onderdeel of materiaal aantoont, maar ook het gebrek aan onderzoek om alle onderdelen in concert bij elkaar te brengen."

In het recensieblad, de onderzoekers identificeren sleutelindicatoren voor commerciële haalbaarheid, inclusief stabiliteit bij contact met lucht en vocht, de kosten van materialen en fabricage, elektrochemische prestaties, cyclus leven, anode- en kathodecompatibiliteit en milieuvriendelijkheid.

"Grotendeels, hoe de fietsprestaties, of levensduur van de batterij, voldoet aan de eisen van grote energieopslagsystemen, zal de voortgang van de commercialisering bepalen, ' zei dokter Luo.

"Voor grootschalige opslag, we moeten batterijen ontwikkelen die een lange levensduur hebben om de investering te rechtvaardigen."