Prisvärda och miljövänliga: Framtiden för snabb-laddande anodefria natrium solid-state batterier avslöjad

StockholmForskare vid UChicago Pritzker Molecular Engineering och UC San Diego har gjort ett stort framsteg inom batteriteknologi. Teamet, lett av professor Y. Shirley Meng, har skapat det första anodfria natriumfastbatteriet. Detta nya batteri är både renare och billigare än litiumjonbatterier eftersom natrium är mer vanligt förekommande och billigare än litium. Det laddas snabbt och kan minska kostnaderna för elfordon och lagringssystem i elnätet.

Traditionella litiumjonbatterier har flera problem:

Litium är dyrt eftersom det inte finns i stora mängder. Utvinning av litium påverkar miljön negativt. Majoriteten av världens litium finns koncentrerad till några få områden.

Natrium är vanligare och mer miljövänligt. Det kan utvinnas från havsvatten och sodaaska. Detta gör det lämpligt för omfattande användning. Teamets innovation löser också problem med traditionella batterier.

I ett vanligt batteri rör sig joner från anoden, genom en vätska som kallas elektrolyt, till katoden. Anodfria batterier tar bort anoden och lagrar jonerna direkt på strömuppsamlaren. Denna konstruktion kan öka energilagringen och minska kostnaderna, men den har också utmaningar, som att säkerställa att elektrolyten och strömuppsamlaren ansluter väl.

Läs också:

Idag · 07:58

Taligenkänning anpassar sig till Parkinson-tal med lärande

Flytande elektrolyter löser kontaktproblem men kan orsaka en ansamling som kallas fast elektrolytinterfas, vilket minskar batteriets effektivitet över tid. Fasta elektrolyter undviker denna ansamling men ger inte bra kontakt. Forskare löste detta genom att använda en ny strömkollektor tillverkad av aluminiumpulver. Detta pulver pressas tätt under högt tryck, vilket börjar mjukt men blir fast. Detta säkerställer god kontakt med elektrolyten och effektiv battericykling.

Teamets nya batteridesign fungerade bra i flera hundra användningar, vilket gör den lovande för framtida energilagring. Grayson Deysher, doktorand vid UC San Diego och huvudförfattare till studien i Nature Energy, påpekade att det är första gången som natrium-, fast-stats- och anodfria koncept har kombinerats framgångsrikt.

Det nya natrium fastämnesbatteriet är viktigt för att tillverka fler batterier. Det hjälper oss att gå från användningen av fossila bränslen till förnybar energi. Prof. Meng förklarade att för att driva USA i en timme behövs en terawattimme energi. För en framtid med hållbar energi behöver vi flera hundra terawattimmar av batterier. Detta nya batteri är en nyckelkomponent i den planen.

Forskarna Meng och Deysher har ansökt om patent för sitt arbete. De föreställer sig en framtid med olika rena och prisvärda batterialternativ. Deras forskning finansierades av National Science Foundation genom bidraget Partnerships for Innovation. Denna utveckling ser lovande ut för att skapa mer hållbar och effektiv energilagring, vilket är bra både för miljön och ekonomin.