Niepalny elektrolit polimerowy z Chonnam przybliża ogniwa sodowo-metalowe

Tańszy i bezpieczniejszy akumulator sodowy miałby największe znaczenie tam, gdzie koszt i ryzyko pożaru ważą najwięcej: w magazynowaniu energii dla sieci i w zasilaniu awaryjnym. Mógłby też osłabić dominację chińskich dostawców na rynku baterii litowych.

Praca jest demonstracją ogniwa pełnego i ogniwa workowego, a nie produktem.

Niepalny elektrolit do ogniw sodowo-metalowych

Zespołem kieruje Chan-Jin Park z Wydziału Inżynierii Materiałowej Uniwersytetu Narodowego w Chonnam w Korei Południowej. Elektrolit to polimeryzowalny głęboko eutektyczny rozpuszczalnik otrzymany z nadchloranu sodu, N-izopropyloakrylamidu i sukcynonitrylu. Polimeryzacja in situ zamienia tę mieszaninę w stałą matrycę odporną na wycieki. Badanie ukazało się w „Energy Storage Materials”, podał Bestmag 2 listopada.

Ogniwa sodowo-metalowe od lat wyglądają obiecująco na papierze. Sód jest powszechny i tani. Przeszkodą był sam metal. Sód metaliczny jest bardzo reaktywny i tworzy dendryty. Niepożądane reakcje uboczne skracają żywotność ogniwa.

Tradycyjne organiczne elektrolity ciekłe dokładają problemów: bywają lotne, łatwopalne i toksyczne. Projekt z Chonnam rozwiązuje oba problemy naraz. Łączy niepalny układ rozpuszczalników ze stałą matrycą, która ma zatrzymywać wycieki.

Co pokazują testy ogniw

Liczby z nagłówka pochodzą z testów ogniw pełnych. Zoptymalizowana mieszanka dała początkową pojemność rozładowania 110,2 mAh g-1 przy 0,1 C. Sprawność kulombowska wyniosła prawie 99%, a okno stabilności elektrochemicznej było szerokie. O tym, czy dana chemia nadaje się do szafy sieciowej albo szafy zasilania awaryjnego, decyduje retencja. Ogniwo zachowało 90,4% pojemności po 1 000 cykli przy 2 C, podają badacze. Zbudowali też ogniwo workowe i uruchamiali je, gdy było zginane i cięte. Nadal zasilało diodę LED. To pokazuje wytrzymałość mechaniczną i bezpieczeństwo, nie żywotność w terenie.

Kosztu na kilowatogodzinę nie opublikowano.

„Nasz elektrolit łączy sprawny transport jonów Na z lepszym bezpieczeństwem, odpornością na wycieki i stabilnością międzyfazową, co czyni go obiecującym kandydatem do praktycznych ogniw sodowo-metalowych”, powiedział Park.

Dlaczego sód jest w planach

Tłem są ceny litu i łańcuchy dostaw litu. Globalne zużycie baterii do samochodów elektrycznych osiągnęło 994,5 GWh od stycznia do września 2026 r., o 19,7% więcej niż rok wcześniej, według danych SNE Research, o których pisał CnEVPost. Chodzi o koncentrację. CATL wziął 39,1% tego rynku, a BYD 15,2%, razem 54,3%. Siedem chińskich firm z pierwszej dziesiątki miało 73,0%, o 3,5 punktu procentowego więcej niż rok wcześniej. Sód jest powszechny i tani. Dla zastosowań, które nie potrzebują najwyższej gęstości energii, daje sposób na ominięcie tej bazy dostaw.

Tańsza chemia katod pokazuje już, jak działa presja cenowa. LFP używa żelaza i fosforanu zamiast niklu, manganu i kobaltu z NMC, dlatego jest tańszy.

Slate zrezygnował z planowanego pakietu NMC na rzecz jednego pakietu LFP od Gotion, produkowanego w Manteno w Illinois. Cena startowa pozostała na poziomie 24 950 dol. plus 1 450 dol. opłaty za transport. Koszt ujawnił się gdzie indziej. Planowaną wcześniej wersję na 240 mil wycofano, bo pakiet 65 kWh wypełnia przestrzeń pod podwoziem.

Od wyniku z laboratorium do magazynowania w sieci

Park wskazuje magazynowanie energii ze źródeł odnawialnych na poziomie sieci, zasilanie awaryjne i tanie systemy akumulatorowe jako docelowy rynek.

„Nasz projekt elektrolitu do ogniw sodowo-metalowych może prowadzić do bezpieczniejszych, tańszych i bardziej zrównoważonych akumulatorów”, powiedział Park.

Inni badacze budują argument za bezpieczeństwem z innej strony. CBC podało 3 listopada, że Linda Nazar zdobyła Gerhard Herzberg Canada Gold Medal for Science and Engineering. Jest profesor na Wydziale Chemii Uniwersytetu Waterloo, a nagroda to 1 mln dol. na pięć lat. Nazar powiedziała, że ogniwa litowo-jonowe osiągają szczyt swoich możliwości, a jej zespół pracuje nad kolejną generacją, w tym nad ogniwami ze stałym elektrolitem. Ogniwa ze stałym elektrolitem są bezpieczniejsze, powiedziała, bo ciekłe elektrolity są łatwopalne.

Żadna z tych dróg nie ma jeszcze ceny. O tym, która chemia pierwsza trafi do stacji transformatorowej, zdecydują koszt na kilowatogodzinę i wydajność produkcji.