O baterie de sodiu-metal dezvoltată de cercetătorii de la Universitatea Texas din Austin

Echipa UT Austin dezvoltă baterii stabile de sodiu-metal folosind diluant solid pe bază de sare în electrolit

O baterie de sodiu-metal dezvoltată de cercetătorii de la Universitatea Texas din Austin reduce semnificativ riscurile de incendiu generate de tehnologie, bazându-se totodată pe materiale ieftine și abundente. Cercetătorii au folosit un diluant solid pe bază de sare în electrolit, facilitând ciclul de încărcare-descărcare.

Un tip specific de sal – nitrat de sodiu – a permis cercetătorilor să introducă în electrolit doar un singur solvent neinflamabil, stabilizând bateria în ansamblu. O lucrare despre munca lor este publicată în revista Nature Energy .

Bateriile sodiu-metal sunt o alternativă atrăgătoare, durabilă și cu costuri reduse la bateriile cu litiu metal datorită abundenței mari și capacității specifice teoretice (1.165 mA hg −1 ) de sodiu. Cu toate acestea, compatibilitatea slabă a electrolitului cu catodul și anodul duce la interfaze instabile electrod-electrolit.

Aici introducem conceptul de utilizare a unei sări ca diluant, care permite utilizarea unui singur solvent neinflamabil, cum ar fi fosfatul de trimetil. Folosind sare de azotat de sodiu (NaNO 3 ) ca diluant model, raportăm un electrolit 1,1 M NaFSI-NaNO 3 -trimetil fosfat care formează o interfață stabilă cu anodul sodiu-metal. În plus, formarea de interfaze robuste catod-electrolit pe catod Na(Ni 0,3 Fe 0,4 Mn 0,3 )O 2 facilitează tranziții netede de fază, conducând astfel la o viață stabilă a ciclului cu o reținere a capacității de 80% peste 500 de cicluri la rata C/5 în celule Na||Na(Ni 0,3 Fe 0,4 Mn 0,3 ) O2 . Lucrarea demonstrează o abordare promițătoare în ceea ce privește dezvoltarea bateriilor sigure, cu costuri reduse și durabile, de înaltă performanță, sodiu-metal.

– El și colab.

Strategia de proiectare a electroliților. a , Ilustrație a componentelor cu o baterie Na-metal după cicluri pe termen lung în electrolit pe bază de carbonat (stânga) și electrolit NaFSI–NaNO 3 –TMP (LHCE pe bază de TMP, dreapta). b , Teste de inflamabilitate a electrolitului pe bază de carbonat, LHCE convențional și electrolit NaFSI–NaNO 3 –TMP. El și colab.

În timp, solvenții lichizi multipli dintr-un electrolit reacționează cu alte componente în moduri care degradează bateriile și conduc la riscuri de siguranță. Sodiul este foarte reactiv, ceea ce reprezintă o provocare semnificativă pentru adoptarea acestor tipuri de baterii. Aceste reacții pot duce la creșterea dendritelor care pot cauza scurtcircuitarea electrică a bateriei și chiar să ia foc sau să explodeze.

Pe lângă îmbunătățirea siguranței, această nouă baterie pe bază de sodiu reprezintă o alternativă mai puțin costisitoare la bateriile litiu-ion care alimentează smartphone-uri, laptopuri, mașini electrice și multe altele.

Bateria are, de asemenea, performanțe puternice. Noua baterie cu sodiu și-a păstrat 80% din capacitatea sa peste 500 de cicluri, conformându-se cu standardul bateriilor litiu-ion din smartphone-uri.

Aici vă prezentăm o baterie cu sodiu care este sigură și ieftină de produs, fără a pierde performanță. Este esențial să se dezvolte alternative la bateriile litiu-ion care nu sunt doar la egalitate cu acestea, ci și mai bune.

-Arumugam Manthiram, profesor la Departamentul Walker de Inginerie Mecanică al Școlii de Inginerie Cockrell și cercetător principal al proiectului
Deși cercetătorii au aplicat această tehnică unei baterii cu sodiu, ei au spus că s-ar putea traduce și în celule pe bază de litiu-ion, deși cu materiale diferite.

Resurse

El, J., Bhargav, A., Su, L. şi colab. (2024) „Reglarea structurii de solvatare cu săruri pentru bateriile sodiu-metal stabile.” Nat Energy doi: 10.1038/s41560-024-01469-y