في تقدم في تقنيات تخزين الطاقة، قام الباحثون بتطوير إلكتروليتات الحالة الصلبة ذات الموصلية الأيونية العالية لبطاريات أيونات الصوديوم التي تعمل على تحسين الأداء بشكل كبير في درجة حرارة الغرفة.
لا يمهد هذا التطور الطريق لحلول تخزين الطاقة أكثر كفاءة وبأسعار معقولة فحسب، بل يعزز أيضًا جدوى بطاريات أيونات الصوديوم كبديل مستدام لأنظمة أيونات الليثيوم التقليدية.
ويؤكد الطلب المتزايد على الطاقة المتجددة الحاجة إلى حلول فعالة لتخزين الطاقة وبأسعار معقولة. توفر بطاريات الصوديوم ذات الحالة الصلبة (SSSBs) مزايا ملحوظة من حيث التكلفة والسلامة، خاصة لتطبيقات الشبكات واسعة النطاق.
ومع ذلك، فإن اعتمادها على نطاق واسع يعوقه التحديات التي تواجه تحقيق الموصلية الأيونية العالية في الشوارد الصلبة، وهو عامل حاسم لنقل الطاقة وتخزينها بكفاءة، والتركيز الرئيسي في أبحاث تكنولوجيا البطاريات المتقدمة.
قدمت دراسة حديثة، نشرت في مجلة eScience ، إلكتروليتًا جديدًا في الحالة الصلبة، Na 4.92 Y 0.92 Zr 0.08 Si 4 O 12 (NYZS)، مما يدل على التوصيل الأيوني الاستثنائي والاستقرار الكهروكيميائي في درجة حرارة الغرفة.
تعمل هذه المادة الجديدة بشكل ملحوظ على تعزيز التوصيل الفعال للأيونات في درجة حرارة الغرفة، وهو أمر بالغ الأهمية للتطبيقات العملية لتخزين الطاقة.
وقد حقق فريق البحث هذا الإنجاز من خلال استبدال نسبة صغيرة من الإيتريوم (Y) بالزركونيوم (Zr) في البنية البلورية للمادة الموجودة، مما يؤدي إلى ترتيب مثالي يسهل حركة أيونات الصوديوم.
أدت هذه الطريقة إلى زيادة غير عادية في الموصلية الأيونية، حيث وصلت إلى 6.5 ملي سيميز سم -1 للتوصيل بالجملة و3.3 ملي سيميز سم -1 للتوصيل الإجمالي في درجة حرارة الغرفة.
تمثل هذه القيم واحدة من أعلى القيم المسجلة للموصلات فائقة التأين للصوديوم حتى الآن.
لا يُظهر NYZS موصلية أيونية عالية فحسب، بل يُظهر أيضًا استقرارًا كهروكيميائيًا ملحوظًا، ويتحمل الفولتية التي تزيد عن 10 فولت مقابل Na + /Na، وبالتالي ضمان عمليات أكثر أمانًا للبطارية في ظل ظروف متنوعة.
يجعله مادة واعدة للغاية لحلول تخزين الطاقة
صرح الدكتور سيلفيو إندريس، أحد كبار الباحثين في معهد كارلسروه للتكنولوجيا (KIT) والمؤلف المقابل للدراسة، “يمثل المنحل بالكهرباء الصلب في NYZS خطوة تحويلية في تطوير تقنيات تخزين الطاقة المعتمدة على الصوديوم.
فهو لا يقتصر فقط على يدعم الموصلية الفائقة والاستقرار، ولكنه متوافق أيضًا مع عمليات التصنيع القابلة للتطوير، مما يجعله مادة واعدة للغاية لحلول تخزين الطاقة المستقبلية.
تمثل هذه الدراسة تقدمًا في تطوير بطاريات أيون الصوديوم لتخزين الطاقة الثابتة.
يمكن أن يؤدي إلى بطاريات أيون الصوديوم أكثر استقرارًا وكفاءة، مما يقلل الاعتماد على المواد المكلفة مثل الليثيوم والكوبالت، والتي تستخدم بشكل شائع في تقنيات البطاريات الحالية.
