När världen går mot ren energiproduktion kommer utan tvekan behovet av rena batterier för transport att öka. Hittills är den mest effektiva lösningen vi har litiumjonbatterier, men de har många nackdelar.
Natriumjonbatterier har en enorm potential som ett alternativ, men deras teknik ger forskare mycket huvudvärk. Nu tror forskare vid universitetet i Genève att de har löst dem.
Problem med litiumjonbatterier diskuterades mer än en gång. De är inte särskilt säkra eftersom deras flytande elektrolyt kan antändas vid olika olyckor. Dessutom finns litium i sig själv i en ganska liten del av jorden. Forskare säger att detta kommer att utgöra samma geopolitiska problem i framtiden som olja gör nu. Slutligen, när tekniken utvecklas måste vi alltid leta efter bättre lösningar.
Sodium, en granne av litium på det periodiska elementet, är en bra kandidat för att ersätta denna sällsynta och ädla metall. Vi har mycket natrium överallt. Åtminstone i teorin skulle natriumjonbatterier kunna vara säkrare och mer kraftfulla om en fast elektrolyt användes. Det finns dock ett problem - natrium är tyngre än litium, vilket gör det svårt för det att passera genom elektrolyten.
Tillbaka 2013-2014 upptäckte japanska och amerikanska forskare att hydroborater kan vara utmärkta elektrolyter för natriumbatterier, men bara efter att ha nått en temperatur på 120 C. Dessa temperaturer är helt enkelt oacceptabelt höga för vardagliga batterier, men forskare i Genève som har arbetat med hydroborater i årtionden har sett en lösning på detta problem.
Genève-kristallografer (kristallkemister) började förbättra hydroboratelektrolyten och uppnådde utmärkta resultat.
"Vi kunde använda hydroboratelektrolyten i temperaturområdet från rumstemperatur till 250 ° C utan några säkerhetsproblem", säger Radovan Cerny, projektledare.
Forskarna välkomnade också det faktum att de natriumjonbatterier de utvecklar kommer att bli ännu mer kraftfulla.
Hur gjorde forskarna detta? Svaret på denna gåta hittades i kaoset. Kristallografer har förväxlat den vanligtvis snygga sammansättningen av hydroborater, vilket skapar bor och negativt laddat väte. Mellanrummen mellan dem var tillräckligt stora för att positivt laddade natriumjoner kunde röra sig mellan en elektrod och den andra. Den blandade formuleringen, även om den är ineffektiv, tillåter natriumjoner att röra sig fritt.
Forskarna säger att de utvecklar ett idealiskt batteri baserat på en solid elektrolyt med en ofullkomlig struktur. Det finns fortfarande mycket arbete att göra innan sådana batterier tillverkas och testas. Men de första resultaten är riktigt bra.
Natriumjonbatterier kan ersätta litiumjonceller, vilket gör dem säkrare, billigare och mer miljövänliga.