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 LiO
2, który szybko zmienia się w Li
2O
2. Tymczasem sód tworzy z powietrzem NaO
2, 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 NaO
2, 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