Home Energi & Grön Teknik Forskare utvecklar högenergi- och högeffektivt natrium-luftbatteri i helt fast tillstånd

Forskare utvecklar högenergi- och högeffektivt natrium-luftbatteri i helt fast tillstånd

by admin
Illustration som visar en laddningsstation för elfordon som drivs av högenergi- och högeffektiva natrium-luftceller i fast tillstånd. Kredit: POSTECH

Ett forskarteam har framgångsrikt utvecklat ett högenergi- och högeffektivt natrium-luftbatteri i helt fast tillstånd. Detta batteri kan reversibelt använda natrium (Na) och luft utan att det krävs någon särskild utrustning. Teamet leddes av professor Byoungwoo Kang och Dr. Heetaek Park från Department of Materials Science and Engineering vid Pohang University of Science and Technology (POSTECH).

Resultaten har publicerats i tidskriften Nature Communications.

Sekundära batterier används i stor utsträckning inom grön teknik, t.ex. elfordon och energilagringssystem. Nästa generations sekundära högkapacitetsbatterier, som kallas ”metall-luft-batterier”, hämtar kraft från rikliga resurser som syre och metaller som finns på jorden. En utmaning är dock bildandet av karbonat – en biprodukt av metall- och syrereaktioner som involverar atmosfärisk koldioxid (CO2) och vattenånga (H2O) – vilket försämrar batteriets effektivitet.

För att åtgärda detta, trots namnet, kräver metall-luftbatterier vanligtvis ytterligare utrustning, såsom ett syrepermeationsmembran för att antingen rena syre eller selektivt använda atmosfäriskt syre.

I denna forskning använde teamet Nasicon, som är en superjonisk Na-ledare och en fast elektrolyt, för att effektivt ta itu med karbonatproblemet. Nasicon, som består av element som Na, kisel (Si) och zirkonium (Zr), fungerar som en fast elektrolyt som kan förflytta joner i fast tillstånd samtidigt som den uppvisar hög elektrokemisk och kemisk stabilitet.

Genom att utnyttja denna fasta elektrolyt skyddade teamet natriummetallelektroderna från luft och underlättade nedbrytningen av karbonat som bildas under elektrokemisk celldrift.

Följaktligen ledde den reversibla elektrokemiska reaktionen med karbonat till en ökning av cellens energitäthet genom att öka arbetsspänningen samtidigt som spänningsgapet under laddning och urladdning minskade avsevärt, vilket förbättrade energieffektiviteten.

Dessutom uppvisade teamets natrium-luft-cell i helt fast tillstånd överlägsen kinetisk förmåga genom katolyt som bildats på plats och som har en snabb natriumjonledning till elektrodens insida. Anmärkningsvärt nog fungerade cellen enbart på metall och luft utan någon ytterligare specialutrustning för syrgasfiltrering.

Professor Kang, som ledde forskningen, kommenterade: ”Vi har tagit fram en metod för att utnyttja karbonat, vilket länge varit en utmaning vid utvecklingen av högenergibatterier av metall och luft. Vi hoppas kunna leda utvecklingen av nästa generations metall-luft-batterier med helt fasta elektrolyter, med hjälp av en cellplattform baserad på fasta elektrolyter som förblir stabil i omgivande förhållanden och erbjuder ett brett spänningsintervall.”

Leave a Comment