Натријумове батерије су можда управо прешле критични праг, крећући се на територију високог напона и отварајући реалан пут ка одрживом, јефтином складиштењу енергије.
За разлику од конвенционалних литијум-јонских батерија, натријум-сумпорне батерије складиште енергију користећи метални натријум као аноду и елементарни сумпор (С₈) као катоду – два елемента која су у изобиљу и јефтина. „(Они су а) много одрживији и приступачнији начин складиштења енергије“, каже Хао Сун на Шангајском универзитету Јиао Тонг у Кини.
Али традиционалне натријум-сумпорне батерије имају озбиљне недостатке. Већина ради само на високим температурама, док верзије на собној температури пате од ниског напона, захтевају велике количине металног натријума и запаљиве су.
Да би се позабавили овим ограничењима, Сун и његове колеге увели су нову хемију сумпора која ради на напонима сличним литијуму. „Кључ (је) високовалентна редокс хемија сумпора (С0/С4+),’ каже Сун.
С8 молекули се могу оксидовати до веће валенце, као што је С4+. Достизање ових виших оксидационих стања је веома пожељно јер омогућавају батеријама да раде на много вишим напонима, драматично повећавајући колико енергије могу да складиште.
„Ова хемија је обично недоступна у На–С батеријама на собној температури јер би се стандардни електролити батерија разградили пре него што би сумпор могао да се оксидира, а резултујући С4+ врсте су реактивне и растворљиве“, објашњава Серена Цуссен на Универзитетском колеџу у Даблину који није био укључен у студију.
Тим је ово превазишао тако што је омогућио реакцију између С8 и сумпор тетрахлорид (СЦл4), који се формира ин ситу од хлоридних врста у електролиту уз помоћ бизмутног катализатора који је уграђен у С8 катода.
„Кључни фактор је натријум дицијанамид (НаДЦА) електролит“, каже Цуссен, „састављен од НаДЦА и АлЦл3 у СОЦл2. ДЦА ањон игра кључну и елегантну улогу: омогућава реверзибилни С/СЦл4 конверзија и побољшава натријум превлачење и скидање. Употреба високо порозног угљеника на катоди додатно задржава СЦл4ограничавајући његово растварање и одржавајући електрохемијску реверзибилност.’
„Извештавање о 3,6 В на собној температури натријум–сумпор омогућава значајно повећање енергије и густине снаге са стварним потенцијалом… за складиштење енергије на нивоу мреже“, коментарише Кевин Риан на Универзитету у Лимерику, такође није укључен у студију.
Ово представља драматичан скок у поређењу са постојећим натријумовим батеријама, које обично испоручују мање од 1,6 В. Батерија такође користи обиље, јефтине материјале, укључујући С8 катода, алуминијумска фолија као анодни колектор струје и незапаљиви хлороалуминатни електролит, омогућавајући дизајн без анода. Уместо да се ослања на уграђену натријумову аноду, метални натријум се привремено формира на колектору струје током пуњења, смањујући трошкове, тежину и безбедносне ризике.
Ове безбедносне предности су потврђене током тестирања: батерије се нису запалиле нити експлодирале када су пробушене, а електролит се брзо очврснуо када је изложен ваздуху, спречавајући цурење.
Заједно, ови напредак би могао да премести натријум-сумпорне батерије из научне радозналости у веродостојну, скалабилну алтернативу за будуће складиштење енергије.
„Биће изазова у скалирању ове технологије, углавном око корозивности електролита и одржавања стабилности СЦл4 као наплаћени производ“, коментарише Рајан. „Међутим, ако се ово може превазићи, овај рад отвара веома интересантан пут ка складиштењу без литијума који суштински не утиче на перформансе у односу на трошкове и одрживост.“
Сун каже да његов тим већ ради на решавању ових препрека и да је већ постигао охрабрујући напредак. Он процењује да би технологија могла да кошта око 5 долара (3,62 фунти) по киловат-сату на основу тренутних цена материјала, иако ће постизање тога зависити од успешне производње великих размера, са реалним трошковима који ће вероватно варирати.
„Очекујемо мале батерије за око три године“, додаје он. „Ако се све одвија глатко, прави комерцијални производи би се могли појавити у року од пет година.“
