ჩვენი ყოველდღიური ტექნოლოგიების ძალიან დიდი ნაწილი ბატარეებზე მუშაობს და შესაბამისად, ლითიუმ-იონური მრავალჯერადი ბატარეების მნიშვნელობა უზარმაზარია. თუმცა, მასალის სიმწირის გამო, მათი წარმოება ძვირია.
არსებობს ალტერნატივა — ნატრიუმ-იონური ბატარეები, რომლებსაც აქვთ პოტენციალი, რომ უფრო იაფი და ადვილად საწარმოები იყოს, თუკი ამ ბატარეების მუშაობის პრობლემას ისევე გადავჭრით, როგორც ეს ამჟამინდელი ლითიუმ-იონური ტექნოლოგიის შემთხვევაში შევძელით. ახლახან, ამ მიზნის მისაღწევად უზარმაზარი ნაბიჯი გადაიდგა.
მკვლევრებმა ნატრიუმ0იონური ბატარეების ერთ-ერთი საუკეთესო წყება შექმნეს, რომელიც იმდენივე ენერგიას ინახავს, რამდენსაც ლითიუმ-იონური და მის მსგავსად, საკმაოდ კარგად მუშაობს. მკვლევართა ჯგუფის განცხადებით, ეს გახლავთ უდიდესი მიღწევა ნატრიიმ-იონური (Na-ion) ბატარეის კვლევებში.
ერთ-ერთი სფერო, სადაც Na-ion ბატარეები შეიძლება განსაკუთრებით გამოსადეგი იყოს, არის ენერგიის ფართომასშტაბიანი შენახვა. ახლა, როდესაც მსოფლიო განახლებად ენერგიაზე გადადის, მისი შენახვა კიდევ უფრო მნიშვნელოვანი ხდება და გვჭირდება ბატარეის ტექნოლოგია, რომელიც საწარმოებლად იაფია და ადვილად არის შესაძლებელი მასშტაბის ზრდა.
„ბატარეის მთავარი გამოწვევაა, ჰქონდეს ენერგიის მაღალი სიმკვრივე და სიცოცხლის კარგი ციკლი“, — ამბობს ლოურენს-ბერკლის ეროვნული ლაბორატორიის მასალების ინჟინერი ჯუნჰუა სონგი.
ამჟამად, ლითიუმ-იონურ ბატარეებს ნატრიუმ-იონურთან შედარებით უპირატესობა აქვს — უფრო დიდხანს ძლებს და იტევს მეტ ენერგიას. ამის ერთ-ერთი მიზეზია ბევრი პოტენციური მასალის გამოყენება კათოდში — ბატარეის ნაწილში, რომელიც ელექტრონთა ნაკადებს იღებს; იქ კი წარმოიქმნება ნატრიუმის არააქტიური, დამაზიანებელი კრისტალები, რომლებიც ენერგიის გატარებას თანდათან ახშობს.
ამ პრობლემის გადასაჭრელად, მეცნიერებმა ააგეს ლითონის ოქსიდის ფენის მქონე კათოდი და შექმნეს თხევადი ელექტროლიტი, რომელსაც ნატრიუმის დამატებითი იონები აქვს. შედეგად, ბატარეის შიგნით არის მარილიანი ხსნარი, რომელიც უკეთ ურთიერთქმედებს კათოდთან და არ იკიდებს ნატრიუმის კრისტალებს.
1000 დამუხტვის შემდეგ, ახალი Na-ion ბატარეა კვლავ ინარჩუნებს მუხტების 80 პროცენტს, რაც სმარტფონში გამოყენებისთვის ჯერ დამაკმაყოფილებელი შედეგი არ არის, მაგრამ წინ გადადგმული უზარმაზარი ნაბიჯია ბატარეის ალტერნატიული ტექნოლოგიისკენ, რომელსაც მომავალში განვითარების დიდი პოტენციალი აქვს.
„ჩვენმა კვლევამ გამოავლინა გადამწყვეტი კორელაცია კათოდის სტრუქტურის ევოლუციასა და ელექტროლიტთან ზედაპირის ურთიერთქმედებას შორის“, — ამბობს ვაშინგტონის სახელმწიფო უნივერსიტეტის მასალების მეცნიერი იუეჰე ლინი.
მისივე თქმით, ეს შედეგები საუკეთესოა, რაც ვინმეს მიუღია შრეებიანი კათოდის მქონე ნატრიუმ-იონური ბატარეის კვლევაში და აჩვენებს, რომ ეს ტექნოლოგია ღირებულია და შეუძლია, კონკურენცია გაუწიოს ლითიუმ-იონურ ბატარეებს.
მკვლევრებს მუშაობა ჯერ არ დაუსრულებიათ. როგორც ისინი ამბობენ, სურთ, უკეთ დააკვირდნენ ურთიერთქმედებას ელექტროლიტსა და კათოდს შორის და სამომავლოდ გააუმჯობესონ ეფექტიანობა. ამას გარდა, მუშაობენ, რომ ხმარებიდან საერთოდ ამოიღონ კობალტი, მასალა, რომელიც ასევე იშვიათი და ძნელად მოსაპოვებელია, მაგრამ ხშირად გამოიყენება კომერციულ ლითიუმ-იონურ და ექსპერიმენტულ ნატრიუმ-იონურ ბატარეებში.
მიუხედავად იმისა, რომ ლითიუმ-იონური ბატარეები ამჟამად დომინირებს ტელეფონების, ლეპტოპებისა და ელექტრომობილების ბაზარზე, აქვს მნიშვნელოვანი მინუსი — ლითიუმის მოპოვების სიძვირე. თუკი ბევრი ასეთი ბატარეა გვსურს, აუცილებელია, გვქონდეს ალტერნატივა.
ეს სულაც არ გამორიცხავს იმას, რომ ინოვაციები განხორციელდეს თავად ლითიუმ-იონურ ბატარეებშიც — მეცნიერები ცდილობენ გაარკვიონ, როგორ გაძლოს ამ ბატარეებმა უფრო დიდხანს და დაიმუხტოს უფრო სწრაფად. რა თქმა უნდა, უკეთესია, რაც უფრო მეტი ვარიანტი გვექნება და სულ არ აქვს მნიშვნელობა, ბატარეა ლითიუმ-იონური იქნება, ნატრიუმ-იონური თუ რაღაც სხვა.
„ეს კვლევა გზას უმზადებს ნატრიუმ-იონურ პრაქტიკულ ბატარეებს. ფუნდამენტური რამ, რაც კათოდ-ელექტროლიტის ურთიერთქმედებით შევიტყვეთ, გვასწავლის, როგორ შევქმნათ კობალტისგან თავისუფალი ან ცოტა კობალტის შემცველი მასალები ნატრიუმ-იონური და სხვა ტიპის ქიმიური ბატარეებისთვის“, — ამბობს სონგი.
მისივე თქმით, თუ ლითიუმისა და კობალტის ეფექტიან ალტერნატივებს ვიპოვით, ნატრიუმ-იონური ბატარეა ნამდვილად გაუწევს კონკურენციას ლითიუმ-იონურს, რაც ამ ბაზარზე თამაშის წესებს შეცვლის.
კვლევა ჟურნალ ACS Energy Letters-ში გამოქვეყნდა.
მომზადებულია news.wsu.edu-სა და ScienceAlert-ის მიხედვით.
