Nove natrij-sumporne baterije također su ekološki prihvatljive i guraju naprijed misiju čiste energije uz nisku cijenu
Kako bi se ostvario univerzalni cilj nulte neto emisije do 2050., svijet pozorno prati napredak u tehnologiji baterija. Očekuje se da će niži troškovi, veći kapacitet i optimalno korištenje oskudnih prirodnih resursa igrati glavnu ulogu u napredovanju misije. Pomažući u ostvarenju cilja, skupina istraživača sa Sveučilišta u Sydneyu osmislila je natrij-sumpornu bateriju (NaS baterija) znatno većeg kapaciteta od litij-ionskih ćelija. Baterija također košta znatno manje za proizvodnju.
Tim koji je vodio dr. Shenlong Zhao sa Sveučilišne škole za kemijsko i biomolekularno inženjerstvo koristio je smjesu rastaljene soli sastavnih materijala prerađenih iz morske vode, što znatno smanjuje troškove. Nakon niza revizija prosječne cijene litij-ionskih baterija tijekom desetljeća, sve veći troškovi sirovina i inflacija rezultirali su povećanjem od 7 posto u 2022. da bi dosegli 151 USD/kWh.
“Naša natrijeva baterija ima potencijal dramatično smanjiti troškove dok pruža četiri puta veći kapacitet pohrane. Ovo je značajan napredak za razvoj obnovljivih izvora energije koji, iako dugoročno smanjuje troškove, ima nekoliko financijskih prepreka za ulazak,” rekao je dr. Zhao u priopćenju.
Koncept natrij-sumpornih (Na-S) ćelija postoji više od 50 godina, ali je prvenstveno ostao nepraktičan zbog niskog energetskog kapaciteta i kratkog životnog ciklusa. Istraživači su sada koristili “jednostavni proces pirolize i elektrode na bazi ugljika za poboljšanje reaktivnosti sumpora i reverzibilnosti reakcija između sumpora i natrija.” To je dovelo do dramatično povećanog kapaciteta i dugovječnosti na sobnoj temperaturi. Na-S ćelije također su manje toksične i energetski intenzivnije, što ih čini lakšim za recikliranje i ekonomičnijom za proizvodnju u usporedbi s litij-ionskim baterijama koje se široko koriste u elektroničkim uređajima i za pohranu energije.
Tim je imao na umu različite scenarije korištenja tijekom razvoja baterije, s prioritetom danim pružanju održive alternative za “velike sustave za pohranu obnovljive energije, kao što su električne mreže, uz značajno smanjenje operativnih troškova.”
Takva tehnologija ima “potencijal jamčiti veću energetsku sigurnost u širem smislu i omogućiti većem broju zemalja da se pridruže pomaku prema dekarbonizaciji.”
Tim je proizveo i testirao tehnologiju s laboratorijskim baterijama u pogonu za kemijsko inženjerstvo Sveučilišta. Sljedeći korak uključuje skaliranje tehnologije koja se koristi u vrećicama na razini Ah kako bi se komercijalizirala u velikoj mjeri.
Natrij-sumporne (RT-Na/S) baterije na sobnoj temperaturi imaju veliki potencijal za mrežno stacionarno skladištenje energije zbog svoje niske cijene i visoke gustoće energije. Međutim, problemi koji proizlaze iz niskog opterećenja S mase i slabe ciklične stabilnosti uzrokovane efektom prijenosa polisulfida ozbiljno ograničavaju njihov radni kapacitet i sposobnost cikliranja. Ovdje su grafenski okviri dopirani sumporom koji podržavaju atomski raspršene 2H-MoS2 i Mo1 (S@MoS2-Mo1/SGF) s rekordno visokim udjelom mase sumpora od 80,9 wt.% sintetizirani kao integrirana katoda s dva aktivna mjesta za RT-Na/ S baterije. Impresivno, pripremljeni S@MoS2-Mo1/SGF pokazuje cikličku stabilnost bez presedana s visokim početnim kapacitetom od 1017 mAh g−1 pri 0,1 A g−1 i stopom blijeđenja niskog kapaciteta od 0,05% po ciklusu tijekom 1000 ciklusa. Eksperimentalni i računalni rezultati uključujući rendgensku apsorpcijsku spektroskopiju, in situ sinkrotronsku rendgensku difrakciju i izračune teorije gustoće otkrivaju da Mo na atomskoj razini u ovom integriranom dvostrukom aktivnom mjestu tvori delokalizirani elektronski sustav, koji bi mogao poboljšati reaktivnost sumpora i reverzibilnosti reakcije S i Na, uvelike ublažavajući shuttle efekt. Nalazi ne samo da pružaju učinkovitu strategiju za izradu dvostrukih katoda visokih performansi, već i produbljuju razumijevanje njihovih mehanizama poboljšanja na atomskoj razini.
Davor Kindy
Foto: energystorage.org
You must be logged in to post a comment.