Sciencemag.cz
Doporučujeme
Bez anody samozřejmě myšleno v uvozovkách.
Sodíkové iontové baterie (Na-Ion) mají proti lithiovým akumulátorům výhodu především v nižší ceně, sodík a lithium si jsou chemicky podobné. Sodíkové baterie ale dosud nabízely nižší výkon a kapacitu; horší parametry vyplývají především z toho, že sodík je těžší než lithium (tj. menší množství uložené energie na jednotku hmotnosti) a jeho ionty se pomaleji pohybují (menší výkon, pomalejší nabíjení…).
Nová koncepce sodíkové baterie počítá s tím, že namísto anody by se nacházela pouze tenká měděná fólie, tj. nebyl by zde žádný aktivní materiál. I to už se zkoušelo, tedy u Li-Ion, nicméně problémem byla stabilita baterie, především dendrity, které způsobují rychlou degradaci baterie nebo dokonce její zkrat (dendrity představují problém pro celou řadu nových technologií, které by jinak slibovaly baterie s výhodnějšími parametry). V nové koncepci se na anodě děje pouze to, že se zde ionty přeměňují na neutrální kov a pak opět vstupují do roztoku. Žádné dendrity by růst neměly, protože není ani elektroda ve smyslu „tyčinky“, na měděné fólii se podle autorů studie vytvářejí lesklé a hladké usazeniny kovu bez nepravidelností, „povrchových kazů“. (Poznámka PH: Dalo by se tedy říct, že jde o sodíkovou anodu, respektive baterii sodík-kov, analogicky s lithiovými anodami?)
Aby taková baterie vůbec mohla stabilně pracovat, potřebuje elektrolyt, v němž je jen naprosté minimum vody, jinak by sodík na místo vylučování na mědi reagoval s vodou a vznikal by vodík. Pokusy se sušením elektrolytu ukázaly, že je potřeba snížit množství vody až na 10 dílů na milion (ppm).
Výhodou baterie bez aktivní anody mj. je, že se ušetří místo/hmotnost, takže dosáhneme větší hustoty uložené energie. Finálně pak tato tzv. kapilární Na-Ion baterie stejně dosahuje přibližně stejné hustoty energie jako Li-Ion. Je ovšem mnohem levnější; uvádí se, že baterie dnes představuje zhruba čtvrtinu ceny elektromobilu i smartphonu.
Bingyuan Ma et al, Dynamic Interfacial Stability Confirmed by Microscopic Optical Operando Experiments Enables High‐Retention‐Rate Anode‐Free Na Metal Full Cells, Advanced Science (2021). DOI: 10.1002/advs.202005006
Zdroj: Washington University in St. Louis / TechXplore.com
Viz také: Sodíková baterie s elektrodou v grafenu
Poznámky PH: Aby se v elektrolytu mohla pohybovat/rozpouštěná sůl alkalického kovu, musí být polární. Takže i když je elektrolyt třeba organické rozpouštědlo, půjde o látku aspoň trochu mísitelnou s vodou, proto je i stopa vody takový problém (u reaktivnějšího sodíku navíc větší než u lithia). Existují ovšem i gelové a pevné elektrolyty atd.
I když se to tak často nezmiňuje, za značnou část ceny Li-Ion baterie může katoda, tj. oxidy kobaltu a dalších kovů. Cestu ke snížení ceny proto nepředstavuje pouze náhrada lithia.
Podrobné pojednání o lithium-iontových bateriích viz např. Chem. Listy 112, 508-516(2018) (dostupné on-line jako PDF zde)
