Οι μπαταρίες νατρίου στερεάς κατάστασης θα μπορούσαν να είναι ασφαλέστερες, φθηνότερες και πιο ισχυρές επιλογές
α) Σχήματα της εξέλιξης από το αλογονίδιο του νατρίου άφνιο σε το νάτριο άφνιο αλκοαλογονίδιο. Η σύγκριση μεταξύ του Na-Hf-Cl και του Na-Hf-S-Cl ως προς την β) ιοντική αγωγιμότητα, γ) την καμπύλη TGA. Η καμπύλη φορτίου-μετατόπισης νανοοδοντώσεων δ) Na-Hf-S-Cl και ε) Na-Hf-Cl. Credit: Advanced Functional Materials (2025). DOI: 10.1002/adfm.202516657 Βασιζόμαστε στις μπαταρίες τώρα περισσότερο από ποτέ, από τα τηλέφωνα και τους φορητούς υπολογιστές μέχρι τα ηλεκτρικά οχήματα. Αλλά αυτά που τροφοδοτούν τις σημερινές τεχνολογίες δεν είναι χωρίς τα μειονεκτήματά τους. Μπορεί να είναι ακριβά, εύφλεκτα και βασίζονται σε όλο και πιο απαιτητικά υλικά που πρέπει να εξορύσσονται και να υποβάλλονται σε επεξεργασία. Ερευνητές στο Western University εργάζονται σε έναν νέο τύπο μπαταριών – που ονομάζονται μπαταρίες νατρίου στερεάς κατάστασης – που δείχνουν σημαντικές υποσχέσεις για την αντιμετώπιση αυτών των προκλήσεων. «Αυτή τη στιγμή, οι περισσότερες μπαταρίες που χρησιμοποιούμε περιέχουν εύφλεκτους υγρούς ηλεκτρολύτες και σπάνια στοιχεία όπως το λίθιο», λέει ο Δρ Yang Zhao, καθηγητής στο Τμήμα Μηχανολογίας και Μηχανικής Υλικών στο Western. «Το νάτριο είναι πολύ πιο άφθονο και φθηνότερο, και αν μπορέσουμε να το κάνουμε να λειτουργήσει σε στερεά κατάσταση του ηλεκτρολύτη, θα μπορούσε να είναι φθηνότερο, ασφαλέστερο και μακράς διαρκείας». Οι ηλεκτρολύτες στερεάς κατάστασης αντικαθιστούν τα εύφλεκτα υγρά στις συμβατικές μπαταρίες με στερεά υλικά. Αυτά τα στερεά είναι εγγενώς πιο ασφαλή και υπόσχονται υψηλότερη ενεργειακή πυκνότητα, που σημαίνει ότι οι μπαταρίες διαρκούν περισσότερο μεταξύ των φορτίσεων. Αλλά η γρήγορη και αξιόπιστη κίνηση των ιόντων νατρίου μέσω των στερεών ήταν ένα δύσκολο επιστημονικό παζλ. Ο Zhao και οι συνεργάτες του δημιούργησαν ένα νέο υλικό που περιέχει θείο και χλώριο. Ενώ οι παραδοσιακοί ηλεκτρολύτες είναι χημικά σταθεροί, τείνουν να μετακινούν ελάχιστα ιόντα νατρίου από το θετικό άκρο της μπαταρίας στο αρνητικό. Το συστατικό θείου στη νέα σχεδίαση ενισχύει την αγωγιμότητα διευκολύνοντας τα ιόντα να περνούν μέσα από τη δομή και ενισχύει το υλικό συνολικά. Δημοσίευσαν τα ευρήματά τους στα περιοδικά Advanced Functional Materials και Advanced Materials. Εκτός από την υψηλή αγωγιμότητα ιόντων νατρίου, το υλικό που αναπτύχθηκε από τον Zhao και την ομάδα του έχει εξαιρετική θερμική και μηχανική σταθερότητα. Αυτό είναι πολύ σημαντικό για τις μπαταρίες που πρέπει να διαρκέσουν για αμέτρητους κύκλους φόρτισης-εκφόρτισης και να αποδίδουν αξιόπιστα σε ένα ευρύ φάσμα θερμοκρασιών. Σε πολλά σχέδια στερεάς κατάστασης, ο ηλεκτρολύτης μπορεί να υποβαθμιστεί όταν έρχεται σε επαφή με άλλα εξαρτήματα της μπαταρίας. Αυτό δεν συμβαίνει με το υλικό που ανέπτυξε η ομάδα στη Western. Ο Zhao και οι συνεργάτες του χρησιμοποίησαν τις ισχυρές ακτίνες Χ της καναδικής πηγής φωτός (CLS) στο Πανεπιστήμιο του Saskatchewan για να παρατηρήσουν πώς τα ιόντα κινούνται μέσα στον στερεό ηλεκτρολύτη. «Αυτά τα εργαλεία ακτίνων Χ μας επιτρέπουν να δούμε το τοπικό χημικό περιβάλλον, τις οδούς ιόντων και τις δομές σύνδεσης με τρόπους που δεν μπορούν τα κανονικά εργαστηριακά όργανα», είπε ο Zhao. «Είναι απολύτως απαραίτητα για την ανάπτυξη υλικών μπαταριών στερεάς κατάστασης». Ενώ οι μπαταρίες στερεάς κατάστασης είναι πιθανώς ακόμη λίγα χρόνια μακριά από την ευρεία εμπορική χρήση, ο Δρ Zhao είναι αισιόδοξος. «Πραγματοποιούμε πραγματική πρόοδο προς ασφαλέστερες, πιο οικονομικές μπαταρίες», είπε. Περισσότερες πληροφορίες: Zhi Liang Dong et al, Design of Sodium Chalcohalide Solid Electrolytes with Mixed Anions for All-Solid-State Sodium-Ion Batteries, Advanced Functional Materials (2025). DOI: 10.1002/adfm.202516657 Zhi Liang Dong et al, Novel Sulfide-Chloride Solid-State Electrolytes with Tunable Anion Ratio for Highly Stable Solid-State Sodium-Ion Batteries, Advanced Materials (2025). DOI: 10.1002/adma.202503107 Παρέχεται από την Canadian Light Source Citation: Οι μπαταρίες νατρίου στερεάς κατάστασης θα μπορούσαν να είναι ασφαλέστερες, φθηνότερες, πιο ισχυρή επιλογή (2025, 14 Νοεμβρίου) που ανακτήθηκαν στις 14 Νοεμβρίου 2025 από https://techxplore.com/news/2025-11-solid-state-sodium-batteries-safer.html Αυτό το έγγραφο υπόκειται σε πνευματικά δικαιώματα. Εκτός από κάθε δίκαιη συναλλαγή για σκοπούς ιδιωτικής μελέτης ή έρευνας, κανένα μέρος δεν μπορεί να αναπαραχθεί χωρίς τη γραπτή άδεια. Το περιεχόμενο παρέχεται μόνο για ενημερωτικούς σκοπούς.
Δημοσιεύτηκε: 2025-11-14 09:13:00
πηγή: techxplore.com
