Natrium-ionbatterijen zijn veelbelovend. Ze zijn energiedicht, niet-ontvlambaar en werken goed bij koudere temperaturen, en natrium is goedkoop en overvloedig. Bovendien zullen op natrium gebaseerde batterijen milieuvriendelijker en zelfs goedkoper zijn dan lithium-ionbatterijen nu worden. De prestaties van de natriumionbatterij zijn beperkt vanwege de slechte duurzaamheid, maar dit gaat ten goede veranderen.
Doorbraak in natrium-ionbatterij
Een onderzoeksteam van het Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) van het Amerikaanse ministerie van Energie heeft een natriumionbatterij ontwikkeld met een sterk verlengde levensduur. De bevindingen, gepubliceerd in het tijdschrift Nature Energy , bieden een veelbelovend recept voor een batterij die ooit elektrische voertuigen kan aandrijven en zonne-energie kan opslaan.
De onderzoekers verlegden de ingrediënten waaruit de vloeibare kern van de batterij bestaat. Die verschuiving voorkomt prestatieproblemen die problemen hebben veroorzaakt voor eerdere op natrium gebaseerde batterijen.
PNNL-hoofdauteur Jiguang (Jason) Zhang , een pionier op het gebied van batterijtechnologie met meer dan 23 gepatenteerde uitvindingen op het gebied van energieopslagtechnologie, zei:
Hier hebben we in principe aangetoond dat natrium-ionbatterijen het potentieel hebben om een duurzame en milieuvriendelijke batterijtechnologie te zijn.
Het juiste zout
Zoals PNNL uitlegt, is de elektrolyt in batterijen het circulerende “bloed” dat de energie laat stromen. De elektrolyt vormt zich door zouten op te lossen in oplosmiddelen, wat resulteert in geladen ionen die tussen de positieve en negatieve elektroden stromen. Na verloop van tijd worden de elektrochemische reacties die ervoor zorgen dat de energie blijft stromen traag en kan de batterij niet meer worden opgeladen. In de huidige natrium-ionbatterijtechnologieën gebeurt dit proces veel sneller dan bij lithium-ionbatterijen.
Het PNNL-team viel dat probleem aan door de vloeibare oplossing en het type zout dat er doorheen stroomt uit te schakelen om een nieuw elektrolytrecept te creëren.
Voor de eerste keer ooit hebben wetenschappers het aantal oplaadcycli (300 of meer) aanzienlijk uitgebreid met minimaal capaciteitsverlies (> 90% behouden) in een batterij ter grootte van een muntstuk in laboratoriumtests.
Zoals PNNL uitlegt, zorgt het huidige elektrolytrecept voor natrium-ionbatterijen ervoor dat de beschermende film aan het negatieve uiteinde (de anode) na verloop van tijd oplost. Deze film is van cruciaal belang omdat het natriumionen doorlaat terwijl de levensduur van de batterij wordt behouden.
De door PNNL ontworpen technologie werkt door deze beschermende film te stabiliseren. De nieuwe elektrolyt genereert ook een ultradunne beschermlaag op de positieve pool (de kathode) die bijdraagt aan extra stabiliteit van de gehele unit.
Niet-ontvlambare technologie
De nieuw ontwikkelde natriumiontechnologie van de PNNL-onderzoekers maakt gebruik van een natuurlijk brandblusoplossing die ook ongevoelig is voor temperatuurveranderingen en kan werken op hoge spanningen. Een sleutel tot deze functie is de ultradunne beschermende laag die zich op de anode vormt. Deze ultradunne laag blijft stabiel als hij eenmaal is gevormd, wat zorgt voor de lange levensduur die in het onderzoeksartikel wordt vermeld.
Natrium-iontechnologie loopt momenteel nog steeds achter op lithium als het gaat om energiedichtheid. Maar het heeft nog steeds zijn eigen unieke voordelen, zoals weerstand tegen temperatuurverandering, stabiliteit en een lange levensduur. Die voordelen zullen in de toekomst waardevol blijken te zijn voor toepassingen van bepaalde lichte elektrische voertuigen en zelfs voor energieopslag in het elektriciteitsnet.
