Un grup de cercetători de la Universitatea Surrey, din Marea Britanie, a descoperit că un material vechi de zeci de ani ascunde o proprietate neașteptată. Lăsat cu apă în structura sa, în loc să fie uscat complet așa cum se face de obicei, materialul respectiv face bateriile cu sodiu mai puternice și, în același timp, poate ajuta la desalinizarea apei de mare.
Un material vechi, testat într-un mod nou
Materialul din centrul cercetării se numește vanadat de sodiu hidratat, cunoscut și ca NVOH. Este o variantă a oxidului de vanadiu de sodiu, un compus studiat de ani buni ca posibil electrod pentru bateriile cu sodiu. Termenul „hidratat” arată că moleculele de apă rămân integrate în structura materialului. De regulă, producătorii încălzesc acest tip de compus pentru a elimina apa, pentru că se credea că umiditatea afectează negativ performanța bateriei.
Echipa de la Surrey a decis să testeze exact ipoteza inversă și să păstreze apa în material, în loc să o elimine prin tratament termic.
„Rezultatele noastre au fost complet neașteptate. Oxidul de vanadiu de sodiu există de ani de zile, iar de obicei este tratat termic pentru a elimina apa, pentru că se crede că aceasta cauzează probleme. Am decis să testăm exact această idee, iar rezultatul a fost mult mai bun decât ne-am fi așteptat. Materialul a arătat o performanță și o stabilitate mult mai bune decât ne așteptăm și ar putea chiar deschide posibilități interesante pentru modul în care aceste baterii vor fi folosite în viitor”, a declarat dr. Daniel Commandeur, cercetător la Școala de Chimie și Inginerie Chimică a Universității Surrey și autor principal al studiului, citat de ScienceDaily.
Studiul a fost publicat în revista Journal of Materials Chemistry A și arată că menținerea apei în structura materialului i-a îmbunătățit considerabil performanța ca electrod pentru bateriile cu sodiu.
Testul decisiv: apa sărată
Cercetătorii au dus experimentul mai departe și au introdus materialul direct în apă sărată, un mediu dificil pentru orice component de baterie, pentru că poate declanșa reacții chimice nedorite și poate perturba mișcarea ionilor. Vanadatul de sodiu hidratat a continuat însă să funcționeze corect chiar și în aceste condiții.
Mai mult, sistemul a început să scoată sarea dizolvată din apă. Materialul pe bază de sodiu a atras ionii de sodiu, în timp ce un electrod din grafit a preluat ionii de clor, cele două componente principale ale sării obișnuite. Procesul poartă numele de desalinizare electrochimică și, spre deosebire de metodele clasice bazate pe presiune sau căldură, folosește reacții electrice și electrozi special aleși pentru a extrage particulele de sare din soluție.
„Faptul că vanadatul de sodiu hidratat poate fi folosit în apă sărată este o descoperire cu adevărat interesantă, pentru că arată că bateriile cu sodiu ar putea face mai mult decât să stocheze energie, ar putea ajuta și la eliminarea sării din apă. Pe termen lung, asta înseamnă că am putea proiecta sisteme care folosesc apa de mare drept electrolit complet sigur, gratuit și din abundență, producând în același timp apă dulce”, a adăugat dr. Commandeur.
De ce contează bateriile cu sodiu
Bateriile cu sodiu sunt urmărite îndeaproape ca alternativă mai ieftină și mai sustenabilă la cele pe bază de litiu, ale cărui materii prime, precum litiul și cobaltul, sunt limitate și scumpe. Sodiul este, în schimb, unul dintre cele mai abundente elemente de pe planetă. Piața globală a bateriilor cu sodiu-ion este estimată la 1,5-1,8 miliarde de dolari în 2026, iar investițiile anunțate în acest sector depășesc 20 de miliarde de dolari la nivel mondial. Producătorul chinez CATL, unul dintre liderii pieței de baterii, a semnat deja contracte pentru capacități de producție de peste 60 GWh dedicate tehnologiei sodiu-ion.
Progresul anunțat de echipa din Surrey ar putea simplifica și procesul de fabricație. În loc să adauge o etapă suplimentară pentru eliminarea apei din material, producătorii ar putea, teoretic, să o lase pur și simplu în structură, obținând în același timp o performanță mai bună.
Ce urmează
Autorii studiului subliniază că cercetarea se află încă într-o etapă incipientă și că sunt necesare teste suplimentare înainte ca metoda să poată fi folosită comercial, fie în baterii, fie în sisteme mari de desalinizare. Ideea unui singur dispozitiv capabil să stocheze energie curată și, în același timp, să transforme apa de mare în apă dulce ar putea deveni însă din ce în ce mai relevantă pentru zonele de coastă, unde resursele de apă potabilă sunt limitate, dar apa de mare și energia regenerabilă sunt abundente.
Domeniul bateriilor cu sodiu a mai avut recent și alte progrese notabile. Compania chineză Huawei a anunțat, de exemplu, o baterie experimentală care promite o autonomie de 3.000 de kilometri după doar 5 minute de încărcare, iar un alt laborator a anunțat startul producției primei baterii solid-state la scară largă. Studiul complet realizat de echipa Universității Surrey poate fi citit pe ScienceDaily.
