Μια νέα επιστημονική έρευνα ανοίγει τον δρόμο για μια πρόσθετη χρήση των μπαταριών ιόντων νατρίου, πέρα από την αποθήκευση ενέργειας. Ερευνητές του Πανεπιστημίου του Σάρρεϋ διαπίστωσαν ότι ένα υλικό μπαταρίας με βάση το νάτριο μπορεί τελικά να βοηθήσει και στην αφαίρεση του αλατιού από το θαλασσινό νερό. Η μελέτη δημοσιεύθηκε στο επιστημονικό περιοδικό Journal of Materials Chemistry A και επικεντρώνεται σε μια ειδική μορφή υλικού που περιέχει νάτριο και βανάδιο. Το εύρημα ανατρέπει μια βασική παραδοχή που ίσχυε μέχρι σήμερα στην έρευνα των μπαταριών σχετικά με τον ρόλο του νερού στα υλικά τους.
Η ανακάλυψη πίσω από τις μπαταρίες ιόντων νατρίου
Οι επιστήμονες στράφηκαν στο οξείδιο του νατρίου-βαναδίου, ένα υλικό που μελετάται εδώ και χρόνια από τους ερευνητές μπαταριών σε όλο τον κόσμο. Συγκεκριμένα, εξέτασαν μια μορφή που ονομάζεται νανοδομημένο ένυδρο βανάδιο του νατρίου, γνωστό και με το ακρωνύμιο NVOH. Ο όρος «ένυδρο» σημαίνει ότι μόρια νερού είναι ενσωματωμένα μέσα στη δομή του υλικού, ενώ ο όρος «νανοδομημένο» αναφέρεται σε χαρακτηριστικά σχεδιασμένα σε εξαιρετικά μικρή κλίμακα, τα οποία επηρεάζουν έντονα τον τρόπο με τον οποίο κινούνται τα ιόντα μέσα σε μια μπαταρία.
Μέχρι σήμερα, οι ερευνητές μπαταριών συνήθιζαν να αφαιρούν το φυσικό νερό από τέτοια υλικά, καθώς η υγρασία θεωρούνταν επιβλαβής για την απόδοσή τους. Η ομάδα του Πανεπιστημίου του Σάρρεϋ αποφάσισε να δοκιμάσει το αντίθετο, αφήνοντας το νερό στη θέση του αντί να το θερμάνει για να το απομακρύνει. Το αποτέλεσμα ήταν εντυπωσιακό: το ένυδρο υλικό αποθήκευε πολύ περισσότερο φορτίο, φόρτιζε πολύ πιο γρήγορα και συνέχισε να αποδίδει αξιόπιστα για περισσότερους από 400 κύκλους φόρτισης. Κάθε κύκλος αντιπροσωπεύει μία πλήρη διαδικασία φόρτισης και αποφόρτισης της μπαταρίας, στοιχείο που δείχνει τη μακροχρόνια αντοχή του υλικού.
Γιατί το νάτριο ενδιαφέρει περισσότερο από το λίθιο
Σήμερα, οι μπαταρίες ιόντων λιθίου τροφοδοτούν τα περισσότερα έξυπνα τηλέφωνα, φορητούς υπολογιστές, ηλεκτρικά οχήματα και μεγάλα συστήματα αποθήκευσης ενέργειας. Μπορούν να αποθηκεύσουν σημαντικές ποσότητες ενέργειας, όμως το λίθιο και άλλα υλικά που χρησιμοποιούνται σε αυτές τις μπαταρίες μπορεί να είναι ακριβά στην απόκτησή τους και να συνεπάγονται σημαντικό περιβαλλοντικό κόστος. Το νάτριο, αντίθετα, είναι πολύ πιο κοινό και ευρέως διαδεδομένο, καθώς βρίσκεται στο θαλασσινό νερό, σε κοιτάσματα ορυκτού αλατιού και σε πολλά ορυκτά, γεγονός που το καθιστά μια ελκυστική επιλογή για αποθήκευση ενέργειας χαμηλότερου κόστους.
Οι μπαταρίες ιόντων νατρίου λειτουργούν με παρόμοιο τρόπο με εκείνες του λιθίου, αφού φορτισμένα σωματίδια νατρίου κινούνται μεταξύ δύο ηλεκτροδίων κατά τη φόρτιση και την αποφόρτιση. Το βασικό εμπόδιο μέχρι σήμερα ήταν η απόδοση, καθώς πολλά υλικά μπαταριών ιόντων νατρίου δεν μπορούσαν να ανταγωνιστούν την τεχνολογία του λιθίου ως προς το φορτίο που αποθηκεύουν, την ταχύτητα φόρτισης ή τη διάρκεια ζωής τους. Η νέα μελέτη δείχνει ότι η διατήρηση του νερού στη δομή του υλικού μπορεί να αντιμετωπίσει ακριβώς αυτό το πρόβλημα, βελτιώνοντας σημαντικά τα χαρακτηριστικά απόδοσης του NVOH.
Ο συνδυασμός χαμηλότερου κόστους, μεγαλύτερης διαθεσιμότητας πρώτων υλών και βελτιωμένης απόδοσης καθιστά τις μπαταρίες ιόντων νατρίου μια ελκυστική εναλλακτική λύση για την αποθήκευση ενέργειας μεγάλης κλίμακας. Το γεγονός ότι το ίδιο υλικό θα μπορούσε να αξιοποιηθεί και για την αφαλάτωση θαλασσινού νερού προσθέτει μια επιπλέον διάσταση χρησιμότητας, ιδιαίτερα για περιοχές όπου η πρόσβαση σε πόσιμο νερό αποτελεί πρόκληση. Η ανακάλυψη του Πανεπιστημίου του Σάρρεϋ δείχνει πως ένα υλικό που θεωρούνταν αποκλειστικά κατάλληλο για αποθήκευση ενέργειας μπορεί τελικά να εξυπηρετήσει και έναν εντελώς διαφορετικό, εξίσου πολύτιμο σκοπό.
