Skand poprawi żywotność baterii sodowo-jonowych? Ponad 90% pojemności po 300 cyklach

Japońscy naukowcy z Tokyo University of Science opracowali nowatorską metodę stabilizacji katod w bateriach sodowo-jonowych za pomocą skandu. Dzięki zastosowaniu specjalnej powłoki, nowa bateria zachowała aż 91,2% swojej początkowej pojemności nawet po 300 cyklach ładowania i rozładowania.

Doping objętościowy vs powłoka powierzchniowa

Baterie sodowo-jonowe uznawane są za tańszą i bardziej dostępną alternatywę dla ogniw litowo-jonowych, jednak ich słabym punktem pozostaje szybki spadek pojemności katody  (NNMO) podczas eksploatacji. Zespół pod kierunkiem prof. Shinichiego Komaby przetestował dwa podejścia z wykorzystaniem jonów skandu:

• Doping objętościowy – wprowadzenie skandu w strukturę krystaliczną materiału stabilizuje go od wewnątrz i zmniejsza zmiany objętościowe katody podczas pracy baterii.
• Powłoka powierzchniowa – utworzenie skandowej warstwy ochronnej na powierzchni cząsteczek blokuje niepożądane reakcje uboczne na styku z elektrolitem.

W testach typu full-cell (z anodą z węgla twardego) wariant z 8-procentowym dopingiem objętościowym zachował 71,4% pojemności po 300 cyklach, podczas gdy powłoka powierzchniowa pozwoliła osiągnąć imponujący wynik 91,2% (wobec zaledwie 18,6% w przypadku czystej, niemodyfikowanej katody w testach 100-cyklowych).

Synergia technologii szansą na komercjalizację

Szczegółowe badania strukturalne z użyciem dyfrakcji promieni rentgenowskich oraz obliczeń DFT potwierdziły, że połączenie obu tych metod daje efekt synergii.

Zdaniem autorów publikacji, która ukazała się w prestiżowym czasopiśmie „Smal”, jednoczesne powlekanie i dopingowanie katod skandem pozwoli na znaczne wydłużenie żywotności ogniw sodowych. Ma to szanse przyspieszyć ich masowe wdrożenie w stacjonarnych magazynach energii i pojazdach elektrycznych.