De meeste batterijen van tegenwoordig zijn gemaakt van zeldzaam lithium dat wordt gewonnen uit de bergen van Zuid-Amerika. Als de wereld deze bron uitput, dan zou de batterijproductie kunnen stagneren.

Natrium is een zeer goedkoop en aardrijk alternatief voor het gebruik van lithium-ionbatterijen, waarvan ook bekend is dat het paars wordt en verbrandt als het wordt blootgesteld aan water, zelfs alleen water in de lucht.

Wereldwijde inspanningen om natrium-ionbatterijen net zo functioneel te maken als lithium-ionbatterijen, hebben de neiging van natrium om te exploderen allang onder controle te houden. maar nog niet opgelost hoe te voorkomen dat natriumionen "verdwalen" tijdens de eerste paar keer dat een batterij wordt opgeladen en ontladen. Nutsvoorzieningen, Purdue University-onderzoekers hebben een natriumpoederversie gemaakt die dit probleem oplost en goed oplaadt.

"Het toevoegen van gefabriceerd natriumpoeder tijdens de verwerking van de elektroden vereist slechts kleine aanpassingen aan het batterijproductieproces, " zei Vilas Pol, Purdue universitair hoofddocent chemische technologie. "Dit is een mogelijke manier om de technologie van natriumionenbatterijen naar de industrie te brengen."

Het onderzoek werd in juni 2018 online beschikbaar gesteld voordat het op 31 augustus werd gedrukt, 2018 in de Journal of Power Sources .

Dit werk sluit aan bij Purdue's grote sprongenviering, erkenning van de wereldwijde vooruitgang van de universiteit op het gebied van gezondheid, ruimte, kunstmatige intelligentie en duurzaamheid als onderdeel van het 150-jarig jubileum van Purdue. Dat zijn de vier thema's van het jaarlijkse Ideeënfestival, ontworpen om Purdu te laten zien als een intellectueel centrum dat problemen uit de echte wereld oplost.

Hoewel natrium-ionbatterijen fysiek zwaarder zouden zijn dan lithium-iontechnologie, onderzoekers hebben natrium-ionbatterijen onderzocht omdat ze tegen lagere kosten energie konden opslaan voor grote zonne- en windenergie-installaties.

Het probleem is dat natriumionen aan het harde koolstofuiteinde van een batterij blijven plakken, een anode genoemd, tijdens de eerste laadcycli en niet naar het einde van de kathode gaan. De ionen bouwen zich op tot een structuur die een "vast elektrolyt-interface" wordt genoemd.

"Normaal gesproken is het vaste elektrolyt-interface goed omdat het koolstofdeeltjes beschermt tegen het zure elektrolyt van een batterij, waar elektriciteit wordt geleid, "Zei Pol. "Maar te veel van de interface verbruikt de natriumionen die we nodig hebben om de batterij op te laden."

Purdue-onderzoekers stelden voor om natrium als poeder te gebruiken, die de vereiste hoeveelheid natrium levert voor het vaste elektrolyt-interface om koolstof te beschermen, maar bouwt niet zodanig op dat het natriumionen verbruikt.

Ze minimaliseerden de blootstelling van natrium aan het vocht waardoor het zou verbranden door het natriumpoeder in een handschoenenkastje gevuld met het gas argon te maken. Om het poeder te maken, ze gebruikten een echografie - hetzelfde hulpmiddel dat wordt gebruikt om de ontwikkeling van een foetus te volgen - om natriumbrokken te smelten tot een melkachtige paarse vloeistof. De vloeistof koelde vervolgens af tot een poeder, en werd gesuspendeerd in een hexaanoplossing om de poederdeeltjes gelijkmatig te dispergeren.

Slechts een paar druppels van de natriumsuspensie op de anode- of kathode-elektroden tijdens hun fabricage zorgen ervoor dat een natrium-ionbatterijcel met meer stabiliteit en met een hogere capaciteit kan laden en ontladen - de minimale vereisten voor een functionele batterij.