Chiny ogłaszają przełom. Znalazły sposób na brak litu

Chińscy naukowcy tworzą bezpieczniejszą i tańszą alternatywę dla litu

Nowa konstrukcja charakteryzuje się wysokim napięciem, bezpieczeństwem i znacznie niższymi kosztami produkcji, co czyni ją obiecującą alternatywą dla magazynowania energii w skali od elektroniki noszonej po sieci elektroenergetyczne.

Innowacyjna chemia: od S/Na₂S do S⁰/S⁴⁺

Tradycyjne akumulatory sodowo-siarkowe borykały się z fundamentalnymi ograniczeniami. Konwersyjna reakcja S/Na₂S w katodzie generowała napięcie rozładowania poniżej 1,6 V, a więc znacznie niższe niż w rozwiązaniach litowych. Ponadto wymagały one ogromnych ilości metalicznego sodu w anodzie – często dziesięciokrotnie więcej niż w konwencjonalnych akumulatorach, co podważało korzyści kosztowe i bezpieczeństwo.

Zespół badaczy rozwiązał te problemy, przechodząc do chemii wysokowalencyjnej S⁰/S⁴⁺ (siarka/tetrachlorek siarki), co umożliwiło osiągnięcie napięcia rozładowania na poziomie 3,6 V w temperaturze pokojowej. Kluczowym elementem jest zastosowanie bezanodowej konstrukcji z folią aluminiową jako kolektorem prądu, katodą S₈ oraz elektrolitem zawierającym dicyanoamid sodu (NaDCA) w niepalnym chloroaluminianie.

Parametry są imponujące:

• Gęstość energii: do 2021 Wh/kg przy zastosowaniu katalizatora Bi-COF (bizmutowo-kowalencyjna sieć organiczna)
• Pojemność rozładowania: 1206 mAh/g
• Gęstość mocy: 23 773 W/kg
• Napięcie rozładowania: 3,6 V
• Koszt produkcji: 5,03 USD/kWh, co jest o 1-2 rzędy wielkości tańsze niż obecne akumulatory sodowe.​

Długi cykl życia i wysokie bezpieczeństwo

Elektrolit NaDCA odgrywa podwójną rolę: umożliwia odwracalną konwersję S/SCl₄ w katodzie oraz wspiera procesy osadzania i zdejmowania sodu w anodzie, co zapewnia wysoką odwracalność cykli. Daje to w efekcie żywotność na wysokim poziomie 1400 pełnych cykli, zanim pojemność zacznie istotnie spadać.

Jedną z najważniejszych zalet nowej technologii jest bezpieczeństwo. Elektrolit chloroaluminianowy jest niepalny, w przeciwieństwie do łatwopalnych elektrolitów ciekłych stosowanych w akumulatorach litowych. Dodatkowo eliminacja metalicznego sodu z anody zmniejsza ryzyko powstawania dendrytów i zwarcia termicznego.

Sód jest materiałem znacznie bardziej obfitym i tańszym niż lit, co zwiększa niezależność od łańcuchów dostaw i redukuje koszty. Szacuje się, że globalny popyt na baterie sodowe przekroczy 160 GWh do 2030 roku, a Chiny, podobnie jak ma to miejsce z akumulatorami litowymi, mają szansę zdominować ten rynek.

Wady? Są, a jakże