Azken hamarkadan, mundu osoko ikertzaileek bateria-teknologiak "litiotik harago" garatzen saiatu dira, litio-ioien bateriak handitzeko edo zenbait egoeratan ordezkatzeko. Energia-eskaria gero eta handiagoa da, eta energia berriztagarriak erabiltzea ahalbidetuko duten soluzio berriak behar dira, deskarbonizaziorako trantsizio garbia ahalbidetzeko. Egoera horretan, metal-oxigeno-aireko bateriek (M-O₂/aire) zeregin garrantzitsua dute aplikazio geldikorren zein mugikortasunekoen garapenean, egungo sistemekin alderatuta dentsitate energetiko teoriko handia baitute.

Metal-aire baterien berezko abantaila da katodoaren material aktiboa inguruko ingurumenetik (O₂) xurgatzen dela, eta horrek bateria guztien energia-dentsitate teoriko handienetako bat ematen die metal-aire bateriei.

Kimika desberdinen artean,  Na-aire/O₂ bateria (NAB) etorkizun handiko hautagaia da, litio-ioien bateriena (LIB) baino 6 aldiz handiagoa den energia-dentsitatea duena (~ 1600 Wh kg^-1 vs 250 Wh kg^-1). Gainera, sodioa lurrazaleko seigarren elementurik ugariena da, eta horrek abantaila ekonomiko eta baliabide ugari dakartza, batez ere aluminiozko korronte-kolektore bat erabiltzeko aukerarekin konbinatzen bada, ekoizpen-kostu orokorrak eta bateriaren pisua murrizten baititu.

Peled et al. 2011n aurkitu zuen lehen NAB, eta ordutik, ikerketa-ahaleginak oxigenoa murrizteko erreakzioan (ORR) oinarritzen diren erreakzio-mekanismoen ulermenean eta kargan oxigenoaren (OER) eboluzio-erreakzioan oinarritu dira, elektrodo eta elektrolito berriak ikertzeaz gain.

Litio-ioien bateriak ez bezala, tartekatze-kimikan oinarritzen direnak (katioi bat elektrodoetan tartekatzen da), NABek beren energia biltegiratzen dute bihurketa-erreakzioa deiturikoaren bidez. Horrek esan nahi du solido berri bat sortzen dela, hau da, oxido bat. Normalean, bateriaren konfigurazioa sodioa duen anodo bat, sodio-eroale elektrolito organiko bat eta aire-katodo bat (ikus irudia) dira. Erreakzio-mekanismoak esan nahi du oxigeno-gasa elektrolitoan disolbatzen dela eta O₂^2- forma, gero Na⁺-arekin konbinatzen dena sodio superoxidoa (NaO₂) sortzeko (Na⁺ + O₂ + 1e- ↔ NaO₂). Beste deskarga-produktu batzuk ere deskribatu dira, hala nola sodio peroxidoa (Na₂O₂) eta peroxido hidratatua (Na₂O₂·H₂O).

Orain arte, oxido horiek eratzeko bi mekanismo deskribatu dira. Gainazalaren bitarteko mekanismoa, ORRa elektrolito/katodo interfazean gertatzen dena; horrek aire-katodoan deskarga-produktuak zuzenean sortzea dakar. Prozesu horrek, askotan, pelikula bat aire-katodoan sortzea eragiten du, eta horrek gainazala pasibatzen du, bateriaren errendimendu mugatua eraginez.

Aldiz, soluzioaren bidez bitartekatutako mekanismoan, oxidoen eraketa superoxidoa disolbatzen den elektrolitoan gertatzen da (katodoan oxigenoa murriztearen ondorioz). Lehenik, nukleo txikiak sortzen dira elektrolitoan eta, hazi ahala, elektrolito/katodo interfazean amiltzen dira deskarga-produktuak eratuz. Beraz, elektrolitoak zeregin garrantzitsua du deposizio-mekanismo horietan.

Hauek dira elektrolitoa hautatzeko erronka nagusiak:

• Disolbatzailearen eta Na⁺aren arteko disolbagarritasuna, koordinazioa eta elkarrekintzak ulertzea: parametro horiek aldatuz, deskarga-produktuaren kimika findu daiteke; adibidez, Na₂O₂ NaO₂ren gainean eratzeak energia-dentsitate askoz handiagoa ekarriko luke.
  
  
• Masa garraiatzeko propietateak doitzea: eroankortasuna eta biskositatea oso garrantzitsuak dira; izan ere, azken hori funtsezkoa da O₂ disolbagarritasunerako.
  
  
• Interfase elektrolitiko solido (SEI) egonkor bat ahalbidetzea gehigarri elektrolitikoak erabiliz, Na metalikoa anodo gisa erabili ahal izateko (dentsitate energetiko handiagoa lortuz).
  
  
• Oxigeno-erradikalak elektrolitoarekin erreaktibatzearen ondorioz sortzen den parasito-kimika minimizatzea. Glima batez eta likido ioniko batez osatutako elektrolito hibridoak erabiltzea estrategia handia dela erakutsi du.

Gaur egun, azterlan gehienak elektrolito likidoetan zentratu dira. Elektrolito horiek aipatutako mugak dituzte, eta, gainera, sukoiak eta hegazkorrak dira, aplikazio praktikoetarako kontuan hartu beharrekoak.

Likido ionikoen erabilerak erronka horietako batzuk gainditzen ditu, baina likatasun handiagoa duenez, kodisolbatzaile bat behar da. Beraz, etorkizuneko ikerketak ingurumena errespetatzen duten eta likido ionikoen mugak gaindi ditzaketen kodisolbatzaileen garapenean oinarritu beharko luke.

Beste ikerketa-eremu bat elektrolito likidoen ordez oinarri solidoko beste batzuk jartzea da, polimerikoak zein zeramikoak. Literaturan lan gutxi argitaratu dira, baina ionogelen erabilera etorkizun handiko estrategiatzat har dezakegu. Gel motako elektrolito polimerikoek aukera ugari eskaintzen dituzte NABen errendimendua handitzeko eta gaur egun erabiltzen diren disolbatzaileek baino ingurumenarekiko errespetu handiagoa duten konponbideetarako trantsizioa ahalbidetzeko.

CIC energiGUNEn, metal-airea ikerketa-lerroaren barruan, lehenik eta behin, NAB elektrolitoen parametro kritikoak ulertzeko gaur egun erabiltzen diren elektrolitoak ikertzen ditugu, Oak Ridgeko Laborategi Nazionalarekin lankidetzan. Ondoren, aparteko propietateak dituzten likido ionikoetan oinarritutako elektrolito hibridoen formulazio berriak garatu ditugu, Deakineko Unibertsitatearekin lankidetzan. Ahalegin konputazionalak funtsezkoak izan dira propietateak oro har ulertzeko (disoluzioa, koordinazioa, etab.), zeinetan CIC energiGUNEko Modelizazio eta Simulazio Konputazionaleko taldearekin lankidetzan lan egin dugun. Orain, aurre egin behar diogun erronka elektrolito hibrido horien propietate bikainak gel-matrize batean konbinatzea da, egoera solidoko NAB garatzeko.

NABak beren lehen garapen-faseetan daude oraindik. Hala ere, dagoeneko aurrerapen handiak egin dira elektrodoen garapenean. Orain eman behar da aurrerapausoa eta gaur egungo erronkak gainditzea ahalbidetuko duten elektrolito solidoak ikertu.