باتری‌های سدیم جایگزینی برای لیتیوم

‌می‌متالز - لیتیوم، باتری تلفن‌های کوچک و ماشین‌های الکتریکی دو تنی را تامین می‌کنند و تعداد فزاینده‌ای از سیستم‌های ذخیره سازی شبکه را تشکیل می‌دهند که جریان برق از نیروگاه‌های بادی و خورشیدی را هموار می‌کند. بدون آنها، برق رسانی مورد نیاز برای جلوگیری از بدترین اثرات گرمایش جهانی غیرقابل تصور خواهد بود.

به گزارش می‌متالز، اما باتری‌های لیتیوم یونی (Li-ion) نکات منفی دارند. لیتیوم کمیاب است و بهترین باتری‌های لیتیوم یون، آن‌هایی که کاتد‌های لایه‌ای اکسید دارند، به کبالت و نیکل نیز نیاز دارند. این فلزات نیز کمیاب هستند و کبالت نیز مشکل ساز است. نوع دیگر باتری لیتیوم یون، به اصطلاح طرح پلی آنیونی که از فسفات آهن لیتیوم (lfp) استفاده می‌کند، نیازی به نیکل یا کبالت ندارد. اما چنین باتری‌هایی نمی‌توانند به اندازه باتری‌های اکسید لایه انرژی در هر کیلوگرم ذخیره کنند.

گروهی از شرکت‌ها به فکر یک جایگزین هستند: ساخت باتری با سدیم. برخلاف لیتیوم، سدیم فراوان است. بیشتر نمک موجود در اقیانوس‌ها را تشکیل می‌دهد؛ و شیمیدانان دریافته‌اند که کاتد‌های اکسید لایه‌ای که از سدیم به جای لیتیوم استفاده می‌کنند، می‌توانند بدون کبالت یا نیکل به آن‌ها نفوذ کنند؛ بنابراین ایده ساخت باتری‌های سدیم یون یا (Na-ion) در مقیاس در حال افزایش است. مهندسان در حال اصلاح طرح‌های مربوط هستند. کارخانه ها، به ویژه در چین، در حال رشد هستند. برای اولین بار از زمان آغاز انقلاب لیتیوم یون، جایگاه لیتیوم بر روی پایه الکتروشیمیایی به چالش کشیده شده است.

لیتیوم و سدیم، اعضای گروهی به نام فلزات قلیایی، درست زیر هیدروژن در ستون اول جدول تناوبی قرار دارند. فلزات قلیایی به طور معروف واکنش پذیر هستند. (ریختن مقداری در آب باعث وزش زیادی می‌شود. برخی دیگر باعث انفجار می‌شوند.) این به این دلیل است که بیرونی‌ترین لایه الکترون‌هایی که هسته یک اتم فلز قلیایی را احاطه کرده‌اند، تنها یک اتم دارد. این الکترون‌های «ظرفیتی» به راحتی ریخته می‌شوند و یون‌های مثبت (کاتیون‌ها) ایجاد می‌کنند که می‌توانند با همتایان منفی (آنیون‌ها) مانند یون‌های هیدروکسیل مشتق شده از آب مرتبط شوند. نتایج ترکیباتی مانند هیدروکسید لیتیوم و کلرید سدیم هستند که بیشتر به عنوان نمک خوراکی شناخته می‌شوند.

با این حال، اگر الکترون‌های از دست رفته به جای پرش مستقیم به یک اتم همسایه یا گروهی از اتم ها، از طریق یک سیم به مقصد خود هدایت شوند، نتیجه یک سلول الکتروشیمیایی است.

در باتری‌های سدیم، کاتد‌های لایه‌ای اکسید را می‌توان فقط با منگنز و آهن ساخت. باتری‌های سدیمی برای ذخیره سازی شبکه جذاب به نظر می‌رسند. اگرچه آن‌ها همچنین باید با دیگر رویکرد‌های جدید مانند باتری‌های جریان وانادیوم رقابت کنند. رقبای اصلی آن‌ها در بازار‌های کامیون و کشتیرانی احتمالاً سلول‌های سوختی هیدروژنی هستند، اما این‌ها یک فناوری آزمایش نشده هستند که برای تامین هیدروژن به زیرساختی هنوز ساخته نشده متکی هستند.

به هر حال، عامل تعیین کننده قیمت مواد خواهد بود. اگر اکتشاف برای لیتیوم، کبالت و نیکل به اندازه کافی معادن جدید ایجاد کند تا قیمت آن‌ها را پایین نگه دارد، انگیزه پرداخت به دانشمندان و مهندسان برای افزایش مقدار انرژی در هر کیلوگرم که باتری‌های سدیم می‌توانند ذخیره کنند ممکن است از بین برود. اما اگر هزینه‌های آن فلزات بالا باقی بماند، آنگاه سدیم می‌تواند مورد استفاده قرار بگیرد.

منبع: ایفنا

باتری‌های لیتیوم یونی هیدروکسید لیتیوم