با وجود عملکرد مناسب، افزایش تقاضا برای باتری و رشد سریع بازار خودروهای برقی باعث شده است پژوهشگران به دنبال مواد اولیه فراوانتر و ارزانتر باشند. یکی از گزینههای مهم در این زمینه، باتریهای سدیم-یون است.
باتریهای سدیم-یون از نظر عملکرد کلی شباهت زیادی به باتریهای لیتیوم-یون دارند، اما به جای یونهای لیتیوم از یونهای سدیم استفاده میکنند. سدیم در طبیعت بسیار فراوانتر از لیتیوم است و همین موضوع میتواند در صورت توسعه فناوری و تولید انبوه، هزینه ساخت باتری را کاهش دهد.
با این حال، باتریهای سدیم-یون هنوز با چالشهایی از جمله افزایش چگالی انرژی، پایداری و طول عمر مواجه هستند. پژوهش جدید محققان دانشگاه نانجینگ میتواند گامی برای حل یکی از همین مشکلات باشد. باتری سدیم-یون چگونه کار میکند؟
در یک باتری قابل شارژ، یونها هنگام شارژ و تخلیه بین دو الکترود حرکت میکنند. در باتریهای لیتیوم-یون این حرکت توسط یونهای لیتیوم انجام میشود، در حالی که در باتریهای سدیم-یون، یونهای دارای بار مثبت سدیم وظیفه مشابهی را بر عهده دارند.
کاتد یکی از مهمترین اجزای باتری است و نقش تعیینکنندهای در ظرفیت و عملکرد آن دارد. در بسیاری از باتریهای سدیم-یون، کاتد از موادی موسوم به «اکسیدهای لایهای» ساخته میشود.
این مواد ساختاری کریستالی دارند که از لایههای فلز و اکسیژن تشکیل شده است و یونهای سدیم میتوانند در فضای میان این لایهها قرار بگیرند.
هنگام شارژ و دشارژ باتری، واکنشهای شیمیایی موسوم به واکنشهای اکسایش-کاهش یا ردوکس رخ میدهند. این واکنشها امکان ذخیره و آزادسازی انرژی را فراهم میکنند.
در حالت معمول، فلزات موجود در ساختار کاتد نقش اصلی را در انتقال الکترون بر عهده دارند. اما در برخی مواد پیشرفتهتر، خود اتمهای اکسیژن موجود در شبکه کریستالی نیز میتوانند در این واکنشها مشارکت کنند.
همین اتفاق میتواند ظرفیت ذخیره انرژی باتری را افزایش دهد، اما در مقابل، یک مشکل مهم ایجاد میکند. …
