Sód zamiast litu

Od kilku lat eksperci coraz bardziej interesują się bateriami litowo-tlenowymi. Tego typu urządzenia są o tyle atrakcyjne, że ich teoretyczna gęstość energetyczna, wynosząca około 3458 Whkg-1, jest zbliżona do gęstości energetycznej benzyny. Problem jednak w tym, że baterie litowo-powietrzne są urządzeniami jednorazowego użytku, większości z nich nie można powtórnie ładować.
Dopiero w 2011 roku odkryto, dlaczego tak się dzieje, dzięki czemu możliwe było wprowadzenie pewnych udoskonaleń, takich jak np. złote elektrody, co pozwoliło na powtórne ładowanie baterii. Jednak systemy takie wciąż cierpią na poważne przypadłości, jak niewielka efektywność czy olbrzymie nadnapięcie, prowadzące do utraty energii w postaci ciepła.
Profesor Jürgen Janek i doktor Philipp Adelhelm z Justus-Liebig-University w Gießen proponują zastąpienie litu sodem. Niemieccy uczeni wykazali, że w urządzeniach sodowo-powietrznych nie dochodzi do degeneracji elektrolitu, zatem możliwe jest ich ładowanie, oraz nie ma problemów z wydajnością. Dzieje się tak, gdyż lit i sód są podobne pod względem chemicznym, ale w różny sposób reagują z tlenem. Lit tworzy z nim wysoce niestabilny LiO₂, który szybko zmienia się w Li₂O₂. Tymczasem sód tworzy z powietrzem NaO₂, a jako że jest on bardziej stabilny, całą reakcję można odwrócić podczas ładowania.
Uczeni za pomocą różnych technik, w tym spektroskopii ramanowskiej i rozpraszania promieni X dowiedli, że podczas rozładowywania systemu sodowo-powietrznego powstaje NaO₂, a podczas ładowania sód i tlen zostają rozdzielone i cały cykl można powtórzyć.
Niestety akumulatory sodowo-powietrzne mają też pewne ograniczenia. Ich teoretyczna gęstość energetyczna wynosi 1605 Whkg-1. To znacznie więcej niż w przypadku urządzeń litowo-jonowych, ale i znacznie mniej niż w litowo-powietrznych. Ponadto pojemność akumulatorów sodowo-powietrznych błyskawicznie spada. Po zaledwie ośmiu cyklach ładowania/rozładowywania przechowują bardzo mało energii. Obecnie naukowcy starają się znaleźć czynnik odpowiadający za tak szybką degradację tego systemu.
Akumulatory sodowo-powietrzne mają jednak tak wiele zalet, że badania nad nimi będą trwały. Jedną z nich jest niewielkie nadnapięcie, które jest nawet czterokrotnie mniejsze niż występujące w rozwiązaniach litowo-jonowych i litowo-powietrznych. To oznacza niewielkie straty energii. Ponadto sód to jeden z najobficiej występujących pierwiastków. Jest go znacznie więcej niż litu.
Uzyskane przez nas wyniki są ważne także z innego punktu widzenia. Synteza NaO₂ jest bardzo trudna. Do jej przeprowadzenia potrzebne są wysokie ciśnienie, wysoka temperatura i długi czas rekakcji. W naszym systemie NaO₂ powstaje natychmiast w temperaturze pokojowej i przy zwykłym ciśnieniu atmosferycznym. Być może także inne związki chemiczne można będzie syntetyzować w ten sposób - mówi Adelhelm.

źródło: kopalniawiedzy.pl