Singapurští vědci vyvinuli bezpečnější sodíkové baterie: Levná přísada prodlužuje životnost na 2000 hodin

Vědci z Národní univerzity v Singapuru dosáhli významného pokroku ve vývoji bezpečnějších celopevných sodíkových baterií.

Vědci z Národní univerzity v Singapuru dosáhli významného pokroku ve vývoji bezpečnějších celopevných sodíkových baterií. Použili levnou přísadu, která zlepšuje pohyb iontů a brání nebezpečnému růstu kovových dendritů uvnitř baterie, což je klíčové pro jejich stabilitu a výkon.

Sodík je sice levnější a mnohem hojnější než lithium, ale většina sodíkových baterií se stále spoléhá na hořlavé kapalné elektrolyty, které představují bezpečnostní riziko. Pevné polymerní elektrolyty jsou bezpečnější alternativou, ale trpí špatnou vodivostí a nestabilním kontaktem s elektrodami. Navíc se v nich časem tvoří dendrity, jehlovité kovové struktury, které způsobují zkraty. Nová metoda řeší oba tyto problémy, což otevírá cestu k širšímu využití sodíkových baterií.

Tým použil nitrid grafenu (GCN), materiál vyráběný zahříváním močoviny na 550 stupňů Celsia. Tato přísada byla přimíchána do ultratenkého polymerního elektrolytického filmu z polyethylenoxidu a sodné soli. GCN reorganizuje strukturu polymeru, což umožňuje sodíkovým iontům volnější pohyb a zároveň zvyšuje mechanickou pevnost baterie. Dusíkem bohatá místa na povrchu GCN pomáhají oddělit sodíkové ionty od jejich solí, čímž se zvyšuje počet nosičů náboje během provozu.

Modifikovaný elektrolyt více než zdvojnásobil iontovou vodivost při 55 stupních Celsia a výrazně zlepšil přenosové číslo sodíkových iontů z 0,19 na 0,51. GCN-vylepšený polymer se stal třikrát pevnějším než jeho nemodifikovaná verze, což mu umožňuje fyzicky odolávat pronikání dendritů a zároveň vytvářet stabilnější ochrannou vrstvu na povrchu sodíkového kovu, která zajišťuje rovnoměrné ukládání sodíku. Zatímco standardní polymerní elektrolyt selhal do 250 hodin, modifikovaná verze fungovala stabilně po dobu 1 000 hodin za stejných podmínek a překročila 2 000 hodin při vyšší proudové hustotě bez selhání. Vědci také sestavili celopevné sodíkové bateriové články, které si po 500 cyklech udržely 95 % své kapacity s účinností přibližně 99,97 %. Dokonce i pouzdrová verze baterie dokázala napájet LED diodu, i když byla ohýbána, rozkládána a řezána, což demonstruje její zvýšenou bezpečnost a mechanickou stabilitu.

Jednoduchost přístupu a nízká cena GCN (vyrobeného z široce dostupné močoviny) činí tuto technologii snadno škálovatelnou. Tým nyní pracuje na sodíkových bateriích, které by mohly efektivně fungovat při teplotách blízkých pokojové teplotě, a také vyvíjí bipolární stohované architektury zaměřené na zvýšení energetické hustoty. Studie byla publikována v časopise Advanced Functional Materials.