Naarmate de wereld op weg is naar schone energieproductie, zal de behoefte aan schone batterijen voor transport ongetwijfeld toenemen. De meest efficiënte oplossing die we tot nu toe hebben, zijn lithium-ionbatterijen, maar ze hebben veel nadelen.
Natriumionbatterijen hebben een enorm potentieel als alternatief, maar hun technologie bezorgt wetenschappers veel hoofdpijn. Nu denken onderzoekers van de Universiteit van Genève dat ze ze hebben opgelost.
Problemen met lithium-ionbatterijen werden vaak besproken. Ze zijn niet erg veilig omdat hun vloeibare elektrolyt bij verschillende ongelukken kan ontbranden. Bovendien wordt lithium zelf in een vrij klein deel van de aarde aangetroffen. Wetenschappers zeggen dat dit in de toekomst voor dezelfde geopolitieke problemen zal zorgen als olie nu. Ten slotte moeten we, naarmate de technologie vordert, altijd zoeken naar betere oplossingen.
Natrium, een buurman van lithium op het periodiek systeem der elementen, is een goede kandidaat om dit zeldzame en kostbare metaal te vervangen. We hebben overal veel natrium. In theorie zouden natriumionbatterijen veiliger en krachtiger kunnen zijn als een vaste elektrolyt werd gebruikt. Er is echter één probleem: natrium is zwaarder dan lithium, waardoor het moeilijk door de elektrolyt kan gaan.
In 2013-2014 ontdekten Japanse en Amerikaanse wetenschappers dat hydroboraten uitstekende elektrolyten kunnen zijn voor natriumbatterijen, maar alleen na het bereiken van een temperatuur van 120 C. Deze temperaturen zijn gewoon onaanvaardbaar hoog voor alledaagse batterijen, maar onderzoekers in Genève die al decennia met hydroboraten werken, hebben een oplossing voor dit probleem gevonden.
Kristallografen uit Genève (kristalchemici) begonnen de hydroboraatelektrolyt te verbeteren en behaalden uitstekende resultaten.
"We waren in staat om de hydroboraatelektrolyt te gebruiken in het temperatuurbereik van kamertemperatuur tot 250 ° C zonder enige bezorgdheid over de veiligheid", aldus Radovan Cerny, projectmanager.
De onderzoekers waren ook verheugd dat de natriumionbatterijen die ze ontwikkelen nog krachtiger zullen zijn.
Hoe hebben de onderzoekers dat gedaan? Het antwoord op dit raadsel werd gevonden in de chaos. Kristallografen hebben de doorgaans nette samenstelling van hydroboraten door elkaar gehaald, waardoor bolletjes boor en negatief geladen waterstof ontstaan. De openingen ertussen waren groot genoeg om positief geladen natriumionen tussen de ene elektrode en de andere te laten bewegen. De gemengde formulering, hoewel niet effectief, laat natriumionen vrij bewegen.
De onderzoekers zeggen dat ze een ideale batterij ontwikkelen op basis van een vaste elektrolyt met een imperfecte structuur. Er moet nog veel werk worden verzet voordat dergelijke batterijen worden vervaardigd en getest. Maar de eerste resultaten zijn erg goed.
Natrium-ionbatterijen kunnen lithium-ioncellen vervangen, waardoor ze veiliger, goedkoper en milieuvriendelijker worden.