Ένα νέο υλικό ηλεκτροδίων είναι πιθανόν να βοηθήσει ώστε να δημιουργηθούν ελαφριές, ισχυρές επαναφορτιζόμενες μπαταρίες νατρίου που θα αντικαταστήσουν τις μπαταρίες ιόντων λιθίου που χρησιμοποιούνται σχεδόν… σε ότι συσκευή (μέχρι και ηλεκτρικό αυτοκίνητο) έχουμε. Ο στόχος είναι να λυθεί το πρόβλημα της αυτονομίας των ολοένα και πιο μικρών και λεπτών συσκευών μας που έχουν ολοένα και περισσότερο αυξανόμενες ενεργειακές ανάγκες. Το νέο υλικό αυτό περιέχει το άφθονο στη φύση σίδηρο, αντί για το νικέλιο και το κοβάλτιο που χρησιμοποιείται στα ηλεκτρόδια και επιτρέπει την ίδια πυκνότητα ενέργειας με αυτή που υπάρχει στα ηλεκτρόδια των μπαταριών λιθίου.
Το Νάτριο θεωρείται από τους επιστήμονες ως ένας πολύ ελκυστικός υποψήφιος για να αντικαταστήσει το λίθιο στις μπαταρίες γιατί είναι πιο φτηνό και απείρως περισσότερο διαθέσιμο στη γη. Για να κατασκευαστεί, όμως, μία μπαταρία νατρίου χρειάζεται να επανασχεδιαστεί η τεχνολογία με την οποία λειτουργούν οι μπαταρίες, προκειμένου να μπορεί να ενσωματωθεί η χημική αντίδραση που πραγματοποιείται, αλλά και το μεγαλύτερο μέγεθος των ατόμων νατρίου.
Μία επαναφορτιζόμενη μπαταρία, είτε είναι λιθίου, είτε νατρίου, περιέχει δύο ηλεκτρόδια, την άνοδο και την κάθοδο. Όταν μία μπαταρία με άνοδο που είναι φτιαγμένη από νάτριο εκφορτίζει, τα ηλεκτρόνια έχουν ροή από το ένα ηλεκτρόδιο, στο άλλο. Η άνοδος εξαπολύει ιόντα νατρίου φορτισμένα θετικά, τα οποία ταξιδεύουν μέχρι την κάθοδο και κινούνται μέσα στο υλικό για να ισορροπήσουν τα επιπλέον αρνητικά φορτία που έρχονται μέσα από το κύκλωμα.
Όταν η μπαταρία είναι φορτισμένη, η διαδικασία είναι αντίστροφη: τα ηλεκτρόνια ρέουν από την κάθοδο και απελευθερώνουν ιόντα νατρίου μέσα. Τα ιόντα αυτά «πλέουν» προς το άλλο ηλεκτρόδιο, κερδίζουν ένα ηλεκτρόνιο και αντικαθιστούν τα άτομα που «χάνονται» από την εκφόρτιση.
Η ενεργειακή πυκνότητα μίας μπαταρίας εξαρτάται από την ποσότητα των φορτισμένων ιότνων που μπορεί να κρατήσει ένα ηλεκτρόδιο, καθώς και από την ποσότητα ενέργειας που απελευθερώνεται από κάθε ηλεκτρόνιο. Όσο μεγαλύτερη η πυκνότητα, τόσο πιο μικρή μπορεί να είναι μία ισχυρή μπαταρία.
Οι μπαταρίες λιθίου «χωράνε» περισσότερη ενέργεια από τις μπαταρίες νατρίου γιατί τα άτομα λιθίου εκ φύσεως απελευθερώνουν περισσότερη ενέργεια όταν χάνουν ένα ηλεκτρόνιο, απ’ ότι το νάτριο. Για να μπορέσουν λοιπόν οι μπαταρίες νατρίου να επιτύχουν ενεργειακή πυκνότητα ανάλογη αυτών με λίθιο, το θετικό ηλεκτρόδιο μίας μπαταρίας νατρίου, θα πρέπει να συγκρατεί περισσότερα ιόντα.
Επιστήμονες στο Πανεπιστήμιο του Τόκιο προσπάθησαν να φτιάξουν το νέο υλικό γι αυτό το ηλεκτρόδιο ενώνοντας οξείδιο του σιδήρου, οξείδιο του νατρίου και οξείδιο του μαγγανίου σε ένα σβόλο. Ο σβόλος αυτός «ψήθηκε» σε 900 βαθμούς Κελσίου για 12 ώρες. Έπειτα, οι ερευνητές έφτιαξαν μία μπαταρία νατρίου χρησιμοποιώντας το νέο υλικό στο θετικό ηλεκτρόδιο και μεταλλικό νάτριο στο αρνητικό. Τα αποτελέσματα ήταν εντυπωσιακά, αν και οι οι επιστήμονες πρέπει να λύσουν το εξής πρόβλημα: Η ενεργειακή πυκνότητα του νέου υλικού, αρχίζει και φθίνει μετά από ένα κύκλο 30 επαναφορτίσεων, πράγμα που σημαίνει πως το νέο υλικό συγκρατεί ολοένα και λιγότερη ενέργεια μετά από αυτό το στάδιο.
Κι όμως, η «εφεύρεση» του νέου υλικού από τους Ιάπωνες, θα επιτρέψει την κατασκευή μπαταριών νατρίου που θα είναι οικονομικότερες, ισχυρότερες, μικρότερες και πιο ελαφριές. Πράγμα που σημαίνει πως ανοίγει ο δρόμος και για να αλλάξει δραματικά ο σχεδιασμός των συσκευών μας. Good news!
Πηγές: Ars Technica, TheVerge, Wikipedia
