Natrio jonų akumuliatoriai daug pigesni, o medžiagos apstu vandenyne
Senkant ličio atsargoms ir siekiant rinktis kuo žalesnę, mažiau gamtai kenkiančią baterijų gaminimo technologiją, buvo atsisukta į originalią išeitį, apie kurią vargu ar pagalvotumėme. Vietoj įprastų ličio jonų baterijų mokslininkai stengiasi sukurti baterijas, kurių pagrindas būtų druska.[1] Taip, ta pati druska, kurią bene kasdien naudojame gamindami maistą ir kurios gausu gamtoje.
Toks šuolaikiškas sprendimas buvo pastebėtas dėl kelių pramonės šakų, tokių kaip elektromobiliai, įvairios kitos elektronikos technologijos. Tuo neverta stebėtis – juk jau ne vienerius metus pasaulis bando pereiti prie gamtai labiau draugiškų elektromobilių, tačiau šį procesą itin lėtino retas ir brangus litis, naudojamas įkraunamose baterijose. Tad mokslininkai aktyviai stengėsi rasti pigesnį ir išteklius taupantį pasirinkimą. Negana to, tokiems išradimams baterijos privalo būti dar galingesnės, ilgiau veikiančios, patvaresnės ir ekonomiškesnės nei iki šiol naudotos.
Tyrinėdami galimybę kiek kitaip gaminti baterijas, tyrėjai iš Pietų Danijos universiteto ir Kopenhagos universiteto atrado naują būdą, kaip padidinti natrio jonų baterijos energijos efektyvumą. Jie į akumuliatoriaus sudėtį pridėjo mangano. Manganas yra pereinamasis metalas, kuris yra ne tik stabilus, bet ir gali turėti kelias oksidacijos būsenas. Kalbant apie baterijas, jis padeda įkrauti bateriją ir dėl mangano akumuliatorius gali turėti didesnę įtampą arba ilgesnį baterijos tarnavimo laiką ir potencialiai didesnę akumuliatoriaus talpą arba galimybę kaupti daugiau energijos.
Baterijoms gali būti naudojamos skirtingos medžiagos, bet jos turi savų minusų
Tai – itin svarbus atradimas, kuris gali smarkiai pakeisti baterijų gaminimą ir panaudojimą. Juk ličio jonų akumuliatoriai yra naudojami beveik visuose įrenginiuose. Šios baterijos atėjo į dienos šviesą pakeisdamos prieš tai naudotus švino rūgšties akumuliatorius, kurie buvo ne tik labai sunkūs, bet ir pavojingi, o tai kėlė didelį nerimą dėl baterijų toksiškumo ir neigiamos įtakos aplinkai. Tuo tarpu ličio jonų baterijos tuo metu atrodė daug saugesnė ir efektyvesnė alternatyva.
Tiesa, mėginant rasti kitokį būdą pagaminti pakankamai geras, ir smarkiai gamtos neteršiančias bei mažiau kenksmingas baterijas, buvo išmėginti ir kiti metalai. Tarp jų – natris, priklausantis tokiai pačiai grupei kaip ir litis ir turintis tokias pačias chemines savybes, tačiau besiskiriantis dydžiu. Dėl dydžio skirtumo natris lėčiau keliauja iš vieno elektrodo į kitą, o tai neigiamai veikia baterijų įkrovimo procesą. Kadangi litis mažesnis, jis keliauja greičiau ir tai buvo bene pagrindinė priežastis, kodėl anuomet buvo pereita prie ličio, o ne natrio baterijų.
Deja, dabartiniame pasaulyje net ir ličio baterijos nebeatrodo kaip tinkamas pasirinkimas ir bandoma ieškoti geresnių alternatyvų. Juk vis daugėjant elektroninių prietaisų kiekiui, kuriems reikalingos ličio baterijos, šios medžiagos kasybos procesas pradėjo kelti aplinkos ir socialines problemas. Be to, dabartinių baterijų gamybai taip pat naudojamas kobaltas, dėl kurio kasybos irgi kyla etinių problemų, o pats kobaltas yra gan brangus.
Valgomoji druska gali sukelti tikrą proveržį elektroninių prietaisų gamyboje
Natrio jonų baterija išsprendžia abi šias problemas. Pirma, tokioms baterijoms nereikia kobalto. Apskritai, natrio jonų technologija nenaudoja jokių ribotų išteklių. Antra, natris yra labai lengvai prieinamas vandenyno dugno nuosėdose. Katodams gaminti nereikia retų ličio druskų, pakanka tiesiog paprastos valgomosios druskos. Galingi anodai gali būti gaminami iš lignito, medienos ar kitos biomasės.
Kitas pranašumas yra tas, kad dėl panašios ličio ir natrio chemijos daugelis medžiagų, kurios buvo išbandytos arba naudojamos ličiui, gali būti naudojamos ir natrio baterijų gamybai. Kalbant apie gamybą, gamyklas, kurios buvo naudojamos ličio jonų baterijoms gaminti, bus lengva pritaikyti prie natrio jonų baterijų gaminimo. Žinoma, viskas nėra vien balta ir vis tiek verta apsvarstyti galimus pavojus.
Litis ir natris iš prigimties yra skirtingi elementai, todėl, kad ir kokie jie panašūs bebūtų, jie vis tiek yra skirtingi. Tad norint išsiaiškinti, kaip sukurti efektyvią natrio jonų bateriją, būtina atlikti tyrimus. Be to, dėl jų cheminių savybių šios medžiagos naudojamos skirtingai. Jei natris yra didesnis, energijos kiekis, kurį galima sukaupti viename tūrio vienete, mažėja, taip pat sumažėja įkrovimo laikas.
Todėl natrio jonų baterijos veiktų geriau, jei baterijos dydis būtų didesnis. Tai reiškia, kad jis gali būti geriausiai pritaikytas stacionariems dalykams maitinti ir gali būti naudojamas alternatyvios energijos srityse. Vėjas ir saulė tokiu atveju yra geri kandidatai, nes jie yra nejudantys. Be to, vėjas ar saulė nėra nuolatinis energijos šaltinis, jis vis svyruoja, todėl energijos išeiga visą laiką yra nevienoda ir naudinga turėti akumuliatorių, kuris kaupia energiją ir ją nuosekliau tiekia.
Tiesą sakant, tai jau pavyko pritaikyti Kinijos Jiangsu provincijoje, kur natrio jonų baterija buvo panaudota kaip energijos kaupimo įrenginys, siekiant reguliuoti energiją. T. y., kaupti ją tuo metu, kai suvartojama mažai elektros energijos ir ją tiekti piko valandomis.[2]
Mokslininkai ir toliau tyrinėja baterijų galimybes ir žvelgia į natrį itin optimistiškai. Pasak jų, jau artimiausiu metu natrio jonų baterijos galės pakeisti ličio jonų baterijas, kurios vis dar naudojamos ne tik elektromobiliuose, bet ir kituose mums įprastuose elektroniniuose prietaisuose – pavyzdžiui, išmaniuosiuose telefonuose ar nešiojamuose kompiuteriuose.[3] Žinoma, to dar teks šiek tiek palaukti, nes šiuo metu natrio jonų baterijų veikimas atsilieka nuo ličio jonų baterijų maždaug per 20 metų. Juk ilgą laiką visi tyrimai buvo sutelkti tik į galingesnių išradimų kūrimą pasitelkiant litį, o ne natrį.
