Onderzoekers boeken vooruitgang in batterijtechnologie door een methode te ontwikkelen om lithium en natrium te mengen voor gebruik in batterijen van hoge kwaliteit. Door de twee elementen te combineren, willen ze de kosten verlagen, de toeleveringsketen veiligstellen en iets doen aan de toenemende schaarste van lithium, waar veel vraag naar is lithium-ion batterijen.
Onderzoekers van de Arizona State University werken aan een potentiële game-changer voor batterijtechnologie: het mengen van lithium en natrium. Hun doel is om kosten te besparen en de toeleveringsketen te stabiliseren. Voorlopige resultaten laten een thermodynamisch stabiel mengsel van 10% natrium en lithium zien, dat naar verwachting kan oplopen tot 20%.
Lithium is het nieuwe goud aan het worden, met een explosief gebruik in lithium-ion batterijen in elektrische auto’s, computers en draagbare apparaten die de prijs opdrijven en de levering van het relatief zeldzame metaal beïnvloeden. Wetenschappers staan op het punt om een manier te ontwikkelen om natrium te gebruiken om een deel van het lithium te vervangen en zo de kosten te drukken en de levering te garanderen.
Onlangs hebben wetenschappers gekeken of ze lithium helemaal kunnen weglaten en in plaats daarvan natrium of andere elementen kunnen gebruiken in batterijen van hoge kwaliteit. Natrium is goedkoper en beter verkrijgbaar (het komt voor in zeewater, als natriumchloride), maar er kleven nadelen aan en lithiumbatterijen blijven de beste als het gaat om het leveren van de geconcentreerde lading die nodig is voor auto’s en draagbare apparaten. Promovendus Tullio Geraci en professor Alexandra Navrotsky van de Arizona State University hebben voor een andere aanpak gekozen: lithium en natrium in dezelfde batterij mengen. Dit belooft de leveringsproblemen te verlichten en de weg vrij te maken voor goedkopere batterijen en een veiligere toeleveringsketen.
De groep maakt lithium-natriummaterialen en karakteriseert hun structuren, homogeniteit en thermodynamische eigenschappen. De onderzoekers gebruiken een speciale techniek die is ontwikkeld en geoptimaliseerd in het Navrotsky laboratorium (hoge-temperatuur oxide smeltoplossing calorimetrie) om de energetische stabiliteit van de materialen te meten, terwijl verhittingsexperimenten hun mogelijke ontleding tijdens gebruik bepalen.
Bij de presentatie van hun bevindingen op de Goldschmidt geochemieconferentie zei Tullio Geraci: “We hebben kleine hoeveelheden natrium met lithium gemengd en getest op stabiliteit, en dan gekeken hoe het presteert. Het is een stap-voor-stap proces en toen we begonnen was de stabiliteit niet veelbelovend – we moeten eerst zien of het mengsel in een bruikbare vorm blijft. Maar naarmate we het natriumgehalte verhoogden, verbeterde de stabiliteit. Tot nu toe hebben we een mengsel van 10% bereikt en dat lijkt prima, het is nog steeds thermodynamisch stabiel. We denken dat we dit kunnen opdrijven tot ongeveer 20% voordat we een significant verschil in prestaties zien”.
Tullio Geraci vervolgt: “In het begin wisten we niet zeker of deze Li/Na verdunningen wel gemaakt konden worden. Verrassend genoeg ontdekten we dat zwakke verdunningen de neiging hebben om af te breken, de oplossingen verliezen hun homogeniteit en de kristalstructuur die belangrijk is voor de productie van een batterij. Maar naarmate we de hoeveelheid natrium verhogen, wordt het materiaal stabieler. Nadat we de optimale mix hebben gevonden, moeten we onze bevindingen overdragen aan batterijtechnologen om de eerste natrium-lithiumbatterijen te produceren. We geloven dat dit de eerste stappen zijn in de ontwikkeling van een nieuwe batterijtechnologie”.
Professor Nancy Ross (Department of Geosciences, Virginia Tech, Blacksburg VA) zei: “Het onderzoek van Geraci en Navrotsky laat zien hoe geochemie kan worden toegepast bij de ontwikkeling van nieuwe materialen die van technologisch belang zijn. Hun onderzoek opent een veelbelovende weg naar alternatieve, meer betaalbare en duurzame bronnen voor lithiumbatterijen waar we in ons dagelijks leven van afhankelijk zijn.” Bron: https://scitechdaily.com/salt-power-the-lithium-sodium-fusion-revolutionizing-batteries
