پیشرفت در باتری‌های سدیم-گوگرد ظرفیت 81٪ بعد از 200 چرخه را حفظ می‌کند
محققان دانشگاه نرمال فوجیان در چین الکترولیت پلیمری شبه‌جامد مبتنی بر نمک دوگانه‌ای را توسعه داده‌اند که می‌تواند باتری‌های سدیم-گوگرد (Na-S) را به‌عنوان راه‌حلی واقع‌گرایانه برای نیازهای بزرگ‌مقیاس ذخیره انرژی معرفی کند.
اکثر مردم فقط درباره باتری‌های سرب و لیتیومی شنیده‌اند، اما سدیم گوگرد آینده فناوری باتری است. در حالی که لیتیوم تنها 0.002 درصد از پوسته زمین را تشکیل می‌دهد، سدیم بیش از 2.5 درصد را تشکیل می‌دهد. سدیم نسبت به لیتیوم فراوان‌تر و دوستدار محیط زیست است، اما این تمام داستان نیست.
مطالعات قبلی پیشنهاد می‌کنند که باتری‌های Na-S می‌توانند هزینه کمتر، تراکم انرژی بالا، وزن سبک، نیاز کمتر به آب در طول تولید، مقاومت در برابر شرایط دمای بالا را ارائه دهند و ممکن است طول عمر بیشتری نسبت به باتری‌های معمولی داشته باشند.
پس چه چیزی ما را از ساخت و استفاده از باتری‌های Na-S در مقیاس وسیع بازداشته است؟
محدودیت‌های باتری‌های سدیم-گوگرد و یک راه‌حل امیدوارکننده
طرح‌های فعلی باتری‌های سدیم-گوگرد از رسانایی ضعیف، بهره‌وری پایین و مشکلات ایمنی مختلف رنج می‌برند. علت اصلی این مشکلات رابط‌های ناسازگار الکترود-الکترولیت است.
برای مثال، الکترولیت معمولی استفاده‌شده در باتری‌های Na-S الکترولیت جامد آلومینا بتای مذاب است. این الکترولیت نمی‌تواند از تشکیل دندریت‌های سدیم که ساختارهای میکروسکوپی نوکی هستند که باعث اتصال کوتاه می‌شوند، جلوگیری نماید.
علاوه بر این، آلومینا بتای مذاب نیز نمی‌تواند فعالیت پلی‌سولفید سدیم، محصولی جانبی که در اثر واکنش بین سدیم و گوگرد تشکیل می‌شود را محدود کند. این محصول جانبی به‌طور مداوم بین دو الکترود حرکت می‌کند و عملکرد و ظرفیت باتری را کاهش می‌دهد (که به آن اثر شاتل پلی‌سولفید نیز گفته می‌شود).
برای غلبه بر این محدودیت‌ها، تیم دانشگاه نرمال فوجیان DS-QSPE را توسعه داده است. آنها ادعا می‌کنند که این الکترولیت می‌تواند رابط‌های الکترو/الکترولیت را به‌طور موثری تثبیت کند و اثر شاتل پلی‌سولفید را در باتری‌های Na-S در دمای اتاق مهار نماید.
DS-QSPE یک الکترولیت پلیمری شبه‌جامد است که به‌معنی آن است که خواص هر دو الکترولیت جامد و مایع را ترکیب می‌کند. این نوع الکترولیت معمولاً با قرار دادن یک الکترولیت مایع در یک ماتریکس پلیمری ساخته می‌شود، که منجر به ماده‌ای به‌شکل ژل یا نیمه‌جامد می‌شود.
هنگامی که آنها DS-QSPE را آزمایش کردند، نتایج آن در هدایت بالا، رابط‌های پایدار و عملکرد برجسته نشان داد.
"DS–QSPE ظرفیت بالایی حدود 327.4 mAh·g−1 (براساس جرم SPAN) پس از 200 چرخه با 0.2 A·g−1 ارائه می‌دهد و 81.4 درصد از ظرفیت اولیه خود را حفظ می‌کند. این عملکرد به‌طور قابل توجهی از باتری‌هایی که از الکترولیت‌های مایع استفاده می‌کنند بهتر است،" محققان در مطالعه اظهار کردند .
افزایش پذیرش انرژی‌های تجدیدپذیر
باتری‌های لیتیومی برای خودروهای برقی و دیگر راه‌حل‌های انرژی کوچک و متوسط عالی هستند. اما محدودیت‌های موجودی لیتیوم، پیامدهای وخیم استخراج لیتیوم و استفاده از فلزات سنگین (مانند نیکل و کبالت) در باتری‌های لیتیوم-یونی، دانشمندان را وادار به جستجوی جایگزین‌هایی کرده است.
جهان به باتری‌هایی احتیاج دارد که توانایی افزایش پذیرش منابع انرژی تجدیدپذیر در مقیاس وسیع را با ارائه روشی پایدار، کارآمد و کم‌هزینه برای ذخیره انرژی داشته باشند، براساس گفته‌های محققین.
باتری‌های سدیم-گوگرد یک گزینه عالی برای این هدف هستند و الکترولیت جدید می‌تواند به شرکت‌های انرژی کمک کند تا به پتانسیل کامل آنها پی ببرند.
"DS-QSPE ما یک راه‌حل قابل‌اعتماد و مقیاس‌پذیر ارائه می‌دهد که عملکرد و پایداری باتری‌های سدیم-گوگرد در دمای اتاق را بهبود می‌بخشد،" جونگسیونگ وو، یکی از نویسندگان مطالعه و محقق در دانشگاه نرمال فوجیان، گفت .
این مطالعه در ژورنال مواد و دستگاه‌های انرژی منتشر شده است.
