Zergatik aldatu litiozko ioien bateriak?

Tradizionalki, litiozko ioien bateriak energia biltegiratzeko borroka-zaldia izan dira, gizartearen energia-eskaera oparoei erantzunez. Zoritxarrez, ezin dute beharrezko hobekuntza eraldatzailearen eskalara iritsi: (i) litioaren hornidura geografiko mugatua (horrek kostua handitzea dakar), (ii) kobaltoaren eskasia eta (iii) energia biltegiratzeko ahalmen mugatua.

Oro har, oztopo handiak dituzte, eta horrek murriztu egiten du eskala handian ezartzeko ahalmena. Hor sartzen da sodio-aire/O2 baterien erakargarritasuna.

Na-aire/O2 baterien potentziala azalduz

Na-aire/O2 bateriek paradigma aldaketa bat eskaintzen dute energia biltegiratzeko dinamikan. Na-aire/O2 bateriek zuzenean heltzen diete lehen aipatutako arazoei, arrazoi hauengatik: (i) sodio-ugaritasun handia (Na) eta kostu txikia (~ 30 aldiz merkeagoa litiozko homologoak baino), (ii) kobalto-premiarik eza, eta (iii) energia-dentsitate teoriko handia aire arineko katodo bat erabiltzearen ondorioz.

Na-aire/O2 bateriek ca dute. 5-10 aldiz handiagoa da Li-ion eta Na-ion bateriena baino (1.605/1.108 eta 100-265 eta ~ 150 Wh kg-1, hurrenez hurren), material aktiboa ingurunetik hartzen baita (O2).

Na-aire/O2 baterien funtzionamendu-printzipioak eta mekanismoak

Na-aire/O2 bateria batek funtsezko hiru elementu ditu: sodio anodo metaliko bat, aire porotsuko katodo bat eta bien arteko bereizle gisa jarduten duen elektrolito bat. Superoxidoetan oinarritutako Na-O2 baterien funtzionamenduak (I) eta (II) ekuazioak jarraitzen ditu nagusiki:

Na+ + O2 + e-. NaO2 (Eº = 2,27 V) (I)

2Na+ + O2 + 2e-. Na2O2 (Eº = 2,33 V) (II)

Oxigenoa murrizteko erreakzioa (ORR) hasteak elektroi bat murrizteko prozesua dakar, eta anioi superoxidoak (O2-) sortzen dira. Anioi horiek sodio-metalezko katioiekin (Na+) erreakzionatzen dute anodoaren oxidazio-erreakzioan, deskarga-produktua (NaO2) osatzeko. Deskargan, sodio-anodoa metalikoa oxidatu egiten da, Na+ ioiak askatuz; katodoak, berriz, ORRa errazten du, fase hirukoitzaren mugetan dagoen oxigenoa erabiliz (aire-elektrodoa/O2/elektrolitoa).

NaO2 deskarga-produktua eratzeko, bi mekanismo nagusi proposatzen dira: soluzioak eragindakoa eta azalerak eragindakoa. Gainera, oso ondo ezagutzen da elektrolitoa hautatzea funtsezkoa dela, NaO2 deskarga-produktuaren forma, tamaina eta eraketa-mekanismoa elektrolitoaren propietate fisiko-kimikoen mende baitaude neurri handi batean.

Erronkei erabakitasunez aurre egitea

Na-aire/O2 bateriek dituzten erronkak nabarmenak dira, baina ez dira ezinezkoak. Elektrolito likidoaren ezegonkortasuna, O2/O2- gurutzaketa, sodio-anodoaren pasibazioa eta hazkunde dendritikoa bezalako arazoak identifikatu dira, eta aktiboki jorratzen ari dira. Egoera solidoko elektrolitoen esplorazioa (SSE), O2/O2- gurutzaketaren arintzea, Naren anodoaren babesa eta interfase elektrolitiko solidoaren hobekuntza (SEI) bezalako estrategiak irtenbide posible gisa aztertzen ari dira.

OXBLOLYTEren papera

Hemen datza OXBLOLYTE proiektuaren garrantzia, CIC energiGUNE buru dela. Europako doktoratu ondoko beka honek NaBak irauli nahi ditu egoera solidoan dauden elektrolitoak garatuz. Mohamed Yahia doktoreak, mintz polimerikoetan aditua, eta Nagore Ortiz-Vitoriano doktoreak, metal-aire baterietan aditua eta ikerketa-lerroko zuzendaria denak, zuzenduko dute OXBLOLYTE proiektua, oxigenoaren gurutzaketa arintzeko eta baterien egonkortasuna hobetzeko.

OXBLOLYTEren helburu nagusia mintz solidoko elektrolito bat identifikatzea eta frogatzea da, egoera solido egonkorreko eta errendimendu handiko Na-aire/O2 baterietarako funtsezko urratsa. Egoera solidoan dauden Na-aire/O2 baterien sistemen ulermen mekanikoa argitzean, proiektua esploratu gabeko lurraldeetan gertatzen da, energia biltegiratzeari buruzko ikerketaren mugak zabalduz.

Etorkizuneko erronkak

Aurrerapenak egiten ari diren arren, Na-aire/O2 baterien teknologiaren etorkizuneko erronkak izugarriak dira. Funtsezko mekanismoak ulertu eta sakon jorratu behar dira, hala nola deskarga-produktuen kimika, hazkunde dendritikoa, O2 gurutzatzea, elektrolitoen propietateak eta baterien egonkortze kimikoa. Erronka horiek gainditzeko etorkizuneko norabideak zirriborratzen dituen ibilbide-orri bat aurkeztu da, Na-aire/O2 baterien potentziala erabat aprobetxatzeko, energia berriztagarrirako eta eskala industrialeko merkaturatzerako aukera bideragarri gisa.

Energia berriztagarrien iraultza baten mugan gauden honetan, ezin da energia biltegiratzearen garrantzia puztu. Na-aire/O2 bateriek, litiozko ioien bateria tradizionalen mugak gainditzeko duten potentzialarekin, irtenbide energetiko iraunkorrez elikatutako etorkizunaren ikuspegia eskaintzen dute. OXBLOLYTE bezalako ekimen aitzindariei esker, ikuspegi hori errealitate bihurtzetik gertuago gaude, goiz berdeago eta iraunkorrago baterako bidea argituz.