افزایش عمر باتری‌های سدیم‌یونی با استفاده از آهن

به گزارش انرژی خبر؛ وبگاه سای‌تِک‌دِیلی در گزارشی به بررسی باتری‌های سدیم‌یونی پرداخته است. این باتری‌ها که با استفاده از یون‌های سدیم به‌جای لیتیوم انرژی را منتقل می‌کنند، به دلیل فراوانی سدیم، می‌توانند گزینه‌ای مقرون‌به‌صرفه‌تر از باتری‌های لیتیوم‌یونی باشند.

کاتد در باتری‌های سدیم‌یونی معمولاً از یک اکسید لایه‌ای تشکیل می‌شود که یون‌های سدیم در میان لایه‌های آن قرار دارند. این ساختار بلوری به واکنش‌های شیمیایی لازم برای شارژ و دشارژ باتری کمک می‌کند. اما اتم‌های اکسیژن در این ساختار ممکن است در فرآیندهای اکسایش‌کاهش نقش داشته باشند، که می‌تواند به آسیب به کاتد و کاهش عملکرد باتری منجر شود.

برای غلبه بر این چالش، پژوهشگران دانشگاه نانجینگ ماده جدیدی با فرمول شیمیایی Na2/3Mn7/12Mg1/4Fe1/6O2 طراحی کرده‌اند که حاوی آهن و سایر عناصر است. این ماده به گونه‌ای طراحی شده که اکسیژن درون آن به حالت شیمیایی اولیه خود بازگردد و در واکنش‌های ذخیره‌سازی انرژی شرکت کند.

یون‌های آهن در این کاتد به‌عنوان واسطه‌های اکسایش‌کاهش عمل می‌کنند. در فرآیند شارژ، یون‌های آهن با بار ۴ مثبت الکترون‌ها را از اتم‌های اکسیژنی دریافت می‌کنند و در دشارژ، الکترون‌ها را به اکسیژن اکسیدشده بازمی‌گردانند. این فرآیند، برگشت‌پذیری واکنش‌های اکسایش‌کاهش را از ۷۵ درصد به ۹۹ درصد افزایش می‌دهد.

آزمایش‌ها نشان داد که این کاتد جدید به سلول‌های سدیم‌یونی اجازه می‌دهد تا به چگالی انرژی ۲۰۶ وات‌ساعت بر کیلوگرم (Wh/kg) برسند و عملکرد خود را در ۱۰۰ چرخه شارژ و دشارژ حفظ کنند. همچنین، ظرفیت باتری پس از این چرخه‌ها ۸۷.۸ درصد باقی ماند.

یافته‌های این پژوهش می‌تواند به بهبود پایداری و کارایی باتری‌های سدیم‌یونی کمک کند و راه را برای تجاری‌سازی این فناوری هموار سازد.