47

Niespodziewany przełom w bateriach? Czy tanie sodowo-jonowe (tak, z sodu!) ogniwa uratują naszą planetę?

Naukowcy z waszyngtońskiego Uniwersytetu Stanowego oraz Pacific Northwest National Laboratory stworzyli baterię sodowo-jonową, która magazynuje podobną ilość prądu co aktualnie najpopularniejsze ogniwa typu Li-Ion. Co ważne, zbliżone są także pozostałe parametry pracy tych ogniw. Jeśli jednak wszystko jest tak bardzo podobne, gdzie tu miejsce na przełom? Odpowiedź jest prosta i bardzo dobrze zrozumiała szczególnie w naszym kraju: cena czyni cuda.

Problematyczne metale

Jeśli ktoś interesuje się technologiami magazynowania energii, z pewnością wie, że obecne baterie mają więcej niż jeden problem. Nie tylko mają zbyt niską gęstością energetyczną jak na potrzeby dzisiejszego świata, ale dodatkowo są bardzo drogie. Spowodowane jest to słabą dostępnością metali ziem rzadkich strategicznych*, takich jak lit czy kobalt. Baterie sodowo-jonowe nie dość, że zastępują lit jednym z najpopularniejszych ziemskich pierwiastków, to jeszcze dają realne nadzieje na całkowite pozbycie się kobaltu z elektrod.

Podobna wydajność tych ogniw nie pozwoli co prawda na zmiany konstrukcji i zwiększenie efektywności mniejszych urządzeń, takich jak smartfony czy IoT, ale może wywołać rewolucję cenową w przypadku samochodów elektrycznych czy magazynów energii. Dzięki tej konstrukcji Elon Musk mógłby szybciej spełnić swoje marzenia o tańszych Teslach, a samochody tego typu mogłyby łatwiej upowszechnić się w krajach mniej zamożnych.

Możliwość łatwej rozbudowy magazynów energii pozwoliłaby w prostszy sposób unowocześnić i przebudować infrastrukturę energetyczną państw, tak aby odpowiadał dzisiejszym wymaganiom.
Jeśliby połączyć to z rozbudową elektrowni atomowych i zielonych źródeł energii, szybsze odejście od węgla stałoby się bardziej realne. Tańsze przydomowe magazyny energii w typie Tesla Powerwall pozwoliłyby łatwiej stworzyć sieci o rozproszonych źródłach energii.

Baterie o politycznej sile rażenia

Jednocześnie taka technologia miałaby olbrzymie znaczenie polityczne w trwającej amerykańsko-chińskiej wojnie gospodarczej, wytrącając Państwu Środka jedną z mocniejszych kart przetargowych. To właśnie Chiny trzymają obecnie kontrolę nad większością złóż kobaltu, którego metody wydobycia budzą dodatkowo ogromne kontrowersje. Jeszcze mocniejszą pozycję mają w zakresie przetwórstwa obu kluczowych pierwiastków. Powszechnie występujący i w miarę łatwy w pozyskiwaniu sód zupełnie zmieniłby oblicze całego rynku.

Ale to już było…

Baterie sodowo-jonowe nie są zupełną nowością. Pracę nad tego typu ogniwami trwają już od dłuższego czasu. Problem w tym, że ich wyniki dotąd nie były zbyt zachęcające. Po pierwsze, dotychczasowe konstrukcje nie osiągały pojemności zbliżonych do Li-Ion, a co gorsza, kiepsko przedstawiała się ich żywotność.

Baterie tego typu działają w podobny sposób jak ich obecna konkurencja, dwie elektrody są zanurzone w elektrolicie (tam zawierającym sole litu, tu sodu), pomiędzy którymi przeskakują jony sodu. Niestety nieaktywne kryształy sodu mają tendencję do gromadzenia się na katodzie, w efekcie czego akumulator po kilkudziesięciu cyklach wyraźnie tracił swoją sprawność.

Zespół badawczy zastosował tym razem katodę pokrytą wieloma warstwami tlenków metali oraz zastosował elektrolit o znacznie wyższym stężeniu jonów sodu. To spowodowało, że wymiana jonów stała się bardziej płynna, a to z kolei ograniczyło proces wytrącania się kryształów. W efekcie nowo testowana konstrukcja zachowała 80% pojemności po 1000 cyklach ładowania i rozładowania. Naukowcy skupiają się teraz na dokładnym badaniu interakcji pomiędzy elektrolitem i katodą, żeby w pełni zrozumieć, jakie procesy tam zachodzą.

Pomimo tego, że na pierwszy rzut oka wyniki tych prac nie są specjalnie spektakularne, to opracowanie stabilnych i tanich baterii sodowo-jonowych może być prawdziwym „game changerem”, wywracającym rynek baterii do góry nogami. Oczywiście nie oznacza to, że ogniwa o większej gęstości nie są potrzebne, ale być może w najbliższym czasie to właśnie łatwość produkcji i niska cena mogą zmienić na lepsze coraz bardziej „elektryczny” świat.

* Jak słusznie zwrócił uwagę jeden z czytelników (dzięki), kobalt i lit nie są metalami ziem rzadkich, pomimo, że dość powszechnie się je pod tę kategorię podciąga.