Lithium-ion batareyalar (Li-ion) hələ də bazarda liderdir, amma ucuz və xammalı bol alternativlərə ehtiyac artır. Bu kontekstdə natrium-ion batareyalar xüsusilə cəlbedicidir: natrium lityumdan qat-qat daha bol və ucuzdur. Lakin yüksək enerji sıxlığına malik natrium-ion sistemlərində katod sabitliyi ciddi problem olaraq qalır.
Lattice-oxygen redox və problem haradadır?
Bir çox natrium-ion hüceyrəsində müsbət elektrod laylı oksid katod olur. Burada metal–oksigen təbəqələri arasında natrium ionları yerləşir və enerji redoks reaksiyaları hesabına saxlanılır. Adətən elektron mübadiləsi metal ionları üzərində gedir, amma bəzən kristal qəfəsdəki oksigen atomları da redoksa qoşulur.
Oksigen redoksu enerji sıxlığını artırsa da, böyük çatışmazlıq var: oksigen çox vaxt əvvəlki kimyəvi halına tam qayıtmır. Dərin şarj/deşarj dövrlərində bu struktur qeyri-sabitlik, çatların yaranmasına və tutum itkisinə səbəb olur.
Nanjing komandasının dəmir yanaşması
Nanjing Universitetindən Shiyong Chu və Liguang Wang komandasının Nature Energy jurnalında dərc olunan işində yeni strategiya təklif olunur: dəmir-ion vasitəçiliyi. Onlar natrium, manqan, maqnezium, dəmir və oksigenden ibarət yeni laylı oksid katod sintez ediblər: Na2/3Mn7/12Mg1/4Fe1/6O2.
Bu materialda Fe ionları redoks mediatoru kimi işləyir:
- Şarj zamanı Fe⁴⁺ qəfəs oksigenindən elektron "tutur";
- Deşarj zamanı Fe²⁺ həmin elektronları oksidləşmiş oksigenə geri verir.
Beləliklə, lattice-oxygen redox-un geri dönməsi təxminən 75%-dən 99%-ə qalxır.
Nəticə: daha sabit natrium-ion hüceyrələr
Yeni katod əsasında yığılan natrium-ion pouch cell aşağıdakı göstəriciləri göstərib:
- Enerji sıxlığı: 206 Wh/kg;
- Cərəyan sıxlığı: 50 mA/g;
- 100 dövr ərzində 87,8% tutum saxlanması.
Bu yanaşma hələ laboratoriya mərhələsindədir, amma dəmir vasitəçili lattice-oxygen redox konsepsiyası gələcək natrium-ion batareyalarının daha sabit və uzunömürlü olması üçün maraqlı istiqamət açır. Xüsusilə stasionar enerji saxlama sistemləri və böyük enerji bankları üçün bu kimya real alternativə çevrilə bilər.
Mənbə: Phys.org
