Przełom w rozwoju baterii metali sodu został osiągnięty przez zespół badaczy prowadzony przez dr Sayana Das z profesorem Venimadhav Adyam z Cryogenic Engineering Center w IIT Kharagpur w Indiach i jego kolegach profesor Vilas Pol z Purdue University, w USA. Ich innowacyjna praca, opublikowana w recenzowanym czasopiśmie Postęp energetycznyprzedstawia nowy elektrolit quasi-solid-stan, który obiecuje znaczny postęp w zakresie bezpieczeństwa i wydajności baterii.

Tradycyjne akumulatory litowo-jonowe (LIB) dominują na rynku od dziesięcioleci ze względu na ich wysoką gęstość energii i niezawodną wydajność. Jednak ograniczone wahania podaży i cen litu spowodowały poszukiwanie alternatywnych rozwiązań. Baterie sodowo-jonowe (SIBS) pojawiły się jako obiecujący kandydat, wykorzystując obfite i opłacalne zasoby sodu dostępne na całym świecie. Pomimo tego potencjału SIB stanowiły wyzwania związane z bezpieczeństwem i stabilnością, szczególnie ze względu na łatwopalny charakter konwencjonalnych ciekłych elektrolitów.

Zespół z IIT Kharagpur i Purdue University rozwiązał te problemy, opracowując niedrogie podejście do dostosowanego elektrolitu quasi-solidowego (QSSE). Ten nowy elektrolit, oparty na poli (fluoorku winylidenu-koxafluoropropylenu) (PVDF-HFP), oferuje niezatruwy, elastyczny i ultra stabilny roztwór do baterii metali sodu. „Nasze opłacalne podejście wykorzystuje tani tekstylia (maska ​​nietopiona) pokryta PVDF-HFP i nasączone zoptymalizowanym elektrolitem na bazie sodu, aby uczynić go nieosiągalnym i praktycznie zastosowaniem do zastosowań w zakresie baterii sodu”, powiedział dr Das.

QSSE wykazał niezwykłe właściwości, w tym zwiększoną przewodność temperatury pokojowej i znaczącą liczbę transferu jonów sodu. Po badaniu w komórce metalu sodu z Na₃V₂(PO₄)₃ (NVP) katoda, bateria oparta na QSSE zapewniła doskonałą pojemność rozładowania z wysoką szybkością i wykazywała wyjątkową retencję pojemności prawie 99% po 2500^th cykle. Wskazuje to na nieistotną utratę pojemności w długoterminowym cyklu, co jest kluczowym czynnikiem dla praktycznych zastosowań magazynowania energii.

Jedną z najważniejszych zalet tego nowego elektrolitu jest jego wzmocniony profil bezpieczeństwa. W przeciwieństwie do konwencjonalnych ciekłych elektrolitów, które mogą być wysoce łatwopalne i stanowią poważne ryzyko pożaru i eksplozji, QSSE opracowane przez zespół jest z natury nie płonączne. Ta właściwość została potwierdzona przez test otwartego płomienia, który wykazał, że QSSE nie zapalił się, co czyni ją znacznie bezpieczniejszą opcją dla systemów magazynowania energii na dużą skalę.

Naukowcy podkreślili także skalowalność swojego podejścia. „Nasze proste, skalowalne i opłacalne podejście do rozwoju QSSE jest pokazane schematycznie, a szczegółowa procedura jest opisana w informacjach uzupełniających”, powiedział dr Adyam. Ta skalowalność ma kluczowe znaczenie dla powszechnego przyjęcia i komercjalizacji akumulatorów metali sodu, ponieważ zapewnia, że ​​proces produkcyjny można łatwo wdrożyć na dużą skalę.

Udane opracowanie i testowanie tego nowego elektrolitu oznacza znaczący krok naprzód w poszukiwaniu bezpieczniejszych i bardziej wydajnych rozwiązań magazynowania energii. Zespół badawczy jest optymistą co do przyszłych zastosowań swojej pracy, zauważając, że ich odkrycia mogą utorować drogę do rozwoju akumulatorów metali sodowych nowej generacji, które są nie tylko bezpieczniejsze, ale także bardziej opłacalne i zrównoważone.

„Przyszłe prace koncentrują się na dalszej optymalizacji składu elektrolitu i zbadaniu jego zastosowania w innych konfiguracjach akumulatorów”, powiedział dr Pol. „Naszym celem jest opracowanie szeregu wysokowydajnych, bezpiecznych i niedrogich rozwiązań magazynowania energii, które mogą zaspokoić rosnące wymagania globalnego rynku energii, zrównoważone”.

Referencje dziennika

Sayan Das, Vilas G. Pol i Venimadhav Adyama. „Nietopione nietopione, nie płaskie quasi-solidowe elektrolit umożliwia ultra-stabilną baterię metalu sodu”. Energy Advances, 2024. DOI: https://doi.org/10.1039/d3ya00435j

O autorach

Dr. Sayan Das jest badaczem doktora na Uniwersytecie Purdue, w specjalizowaniu się w technologiach magazynowania energii. Z doktoratem W nauce na Uniwersytecie Jadavpur oraz szerokim pochodzeniu w akumulatorach litu i sodu, dr Das wyróżnia się w preparatach elektrolitów, charakterystyce materiałów i elektrochemii. Jego prace obejmują znaczący wkład w rozwijanie bezpieczniejszych elektrolitów dla akumulatorów litowych i quasi-solid-stanu sodu. Obecnie prowadzi i współpracuje przy projektach mających na celu rozwój technologii baterii dla różnych aplikacji. Dr Das opublikował 19 recenzowanych artykułów i ma trzy wydane patenty.

Vilas G. Pol jest profesorem inżynierii chemicznej na Purdue University, IN, USA. Jest autorem/współautorem> 270 publikacji badawczych (H INDEX 58), wynalazca 20 wydanych patentów amerykańskich i ponad 20 wniosków. Purdue University uhonorował go wybitnymi nauczycielami inżynierskimi, najbardziej wpływowymi wynalazcami, Seed for Success, Bravo i Purdue Faculty Scholar Awards. Wygłosił setki zaproszonych, kluczowych i plenarnych rozmów, w tym „TEDX”. Jest uhonorowany ponad 35 prestiżowymi nagrodami od profesjonalnego AICHE, ACS, MRS, Acers, TMS i Carbon. Jest członkiem Royal Society of Chemistry, Masc (Indie) i IIAM (Szwecja), a także zdobył dwa rekordy Guinness World Records^Tm.

VERIMADHAV ADYAM jest wybitnym profesorem w Cryogenic Engineering Center, IIT Kharagpur. Otrzymał doktorat. W 2001 r. Z Indian Institute of Science, Bangalore, ze szczególnym uwzględnieniem właściwości cienkich warstw tlenkowych związanych z perowskitowym. Jego kariera akademicka charakteryzuje się dużym doświadczeniem międzynarodowym, przeprowadzając badania na Pennsylvania State University i Cambridge University. Jego badania obejmują różnorodne obszary, w tym materiały kwantowe, multiferroics, spintronics i zaawansowane technologie akumulatorów, takie jak baterie sodowo-jonowe i cienkie folii, i odegrał kluczową rolę w ustanowieniu zaawansowanych obiektów badawczych w IIT Kharagpur, zwiększając jego zdolności w zakresie pomiaru magnetyzacji i litografii nano. Venimadhav otrzymał kilka prestiżowych nagród i wyróżnień, w tym MRSI Medal i projekt DST Fasttrack Young Scientist. Jest członkiem Perm MRSI India, Magnetic Society of India i indyjskiego kriogenicznego CCouncil. Jego wkład w naukę są znaczące, w tym sponsorowane projekty badawcze, publikacje w recenzowanych czasopismach i rozdziały książek.