Şarjsız 5000 saat və yanğın riski olmadan: Gələcəyin batareyası yaradıldı

Avstraliyada mühəndislər laboratoriya sınaqları zamanı 5000 saatdan çox işləyən natrium əsaslı batareya yaradıblar. Bu batareyada alışqan maye əvəzinə bərk, plastikə bənzər nüvə istifadə olunur ki, bu da sistemi həddindən artıq qızmaya qarşı xeyli davamlı edir.

Valyuta.az xəbər verir ki, Kvinslend Universitetində hazırlanmış prototip enerji şəbəkəsində bərpa olunan enerjinin saxlanması üçün nəzərdə tutulmuş akkumulyator stansiyalarında istifadə edilə bilər.

“Earth” yazır ki, çatışmazlıq yaradan litiumu adi natriumla (mətbəx duzunda olan element) əvəz etməklə bu texnologiya xərclərin azalmasını və bir çox ölkə üçün təchizat zəncirlərinə düşən yükün yüngülləşməsini vəd edir.

Niyə diqqət natriuma yönəlib?

Natrium dövri cədvəldə litiumun bir pillə altında yerləşir, lakin daha geniş yayılıb və hasilatı daha asandır. Bir sıra tədqiqat qrupları bildirir ki, natrium əsaslı batareyalar iri enerji saxlama layihələri üçün material xərclərini azalda bilər.

Tədqiqata Kvinslend Universitetinin nəzdində fəaliyyət göstərən Avstraliya Bioinjeneriya və Nanotexnologiya İnstitutunun (AIBN) alimi doktor Çen Can rəhbərlik edib.

Onun araşdırmaları daha təhlükəsiz elektrolitləri natrium kimi ucuz metallarla birləşdirən bərk cisimli batareyalara fokuslanıb. Ənənəvi natrium-metal elementlərdə maye elektrolitlərdən istifadə olunur və bu mühitdə tez-tez dendritlər – batareyanın daxili qatlarını deşən xırda metal iynələr əmələ gəlir. Bu iynələr qısaqapanmaya, enerji itkisinə və ən pis halda yanğına səbəb ola bilər.

Batareyaların daxilində gizlənən risklər

Hər bir batareyanın daxilində elektrolit olur – yüklü ionların iki elektrod arasında hərəkətini təmin edən maddə. “Əksər batareyalarda maye elektrolitlərdən istifadə edilir, lakin bu mayelər alışqandır və həddindən artıq qızma riski yaradır”,  doktor Can bildirib.

Bərk elektrolitlər bu mayeni bərk qatla əvəz edir, təhlükəsizliyi artırır və ağır qoruyucu qablaşdırmaya ehtiyacı aradan qaldırır. Əvvəlki tədqiqatlar göstərib ki, perftorpoliefir əsaslı polimerlər yüksək temperaturda natriumun sabit dövriyyəsini təmin edə bilir.

Çətinlik ondadır ki, bərk maddə eyni zamanda həm metal çıxıntıların (dendritlərin) böyüməsinin qarşısını alacaq qədər möhkəm, həm də ionların onun daxilindən rahat keçməsinə imkan verəcək qədər keçirici olmalıdır. Bir çox namizəd material ya yüklənmə zamanı çatlayır, ya da ionların hərəkətini o qədər ləngidir ki, batareya real istifadə üçün yararsız olur.

Kvinslend komandası bu kompromisi elektroliti molekulyar səviyyədə yenidən dizayn etməklə həll edib. Məqsəd elektrodlarla birlikdə əyilə bilən, lakin natrium ionları üçün daxildə nizamlı hərəkət yollarını saxlayan plastik əldə etmək idi.

Plastik və natrium ionları

Yeni material blok-kopolimerdir – bir-birinə bağlanmış iki fərqli təkrarlanan seqmentdən ibarət uzun zəncir. Zəncirin bir hissəsi natrium ionlarını “tutur”, digər hissə isə sürüşkən və flüorlu quruluşu sayəsində polimerin yanmasının qarşısını alır.

Düzgün emal zamanı bu zəncirlər həcmi mərkəzli kubik struktur əmələ gətirir – ionlar üçün birləşmiş “ciblərdən” ibarət üçölçülü naxış. Bu ciblər tunellər vasitəsilə birləşir və natrium ionları az müqavimətlə hərəkət edə bilir, eyni zamanda dendritlərin keçməsinə imkan verilmir.

Natrium-vanadium fosfat katodundan istifadə edilən tamhüquqlu elementlərdə qurğu ilkin tutumunun 91 faizindən çoxunu qoruyub saxlayıb. Batareya 80°C temperaturda sınaq kamerasında 1000 sürətli yükləmə-boşaltma dövründən sonra da bu göstəricini saxlayıb.

Natrium batareyaları və enerji tələbi

Bir çox litium batareyalarından fərqli olaraq, natrium-metal konstruksiyalarda katodlarda kobalt və ya nikel tələb olunmur. Bu isə ətraf mühitin çirklənməsi və bəzi mədən regionlarındakı əmək problemləri ilə bağlı təchizat zəncirlərinə düşən təzyiqi azaldır.

Günəş panelləri və külək turbinləri olan enerji şəbəkələrində stasionar batareyalar istehsalın azaldığı dövrləri balanslaşdırmağa kömək edir. İllərlə yüksək tutumu saxlayan elementlər yarımstansiyalarda konteyner ölçülü bloklar şəklində yerləşdirilə və elektrik enerjisini toplaya bilər.

Natrium dəniz suyu və daş duzu kimi geniş yayılmış mənbələrdən əldə olunduğu üçün litium ehtiyatı olmayan ölkələr də iri batareya istehsalı layihələrini reallaşdıra bilər. Bu material müxtəlifliyi qlobal enerji sistemini xammal şoklarına və ya ixrac qadağalarına qarşı daha dayanıqlı edə bilər.

Növbəti addımlar

Laboratoriya sınaqları ionların hərəkətini sürətləndirmək üçün tez-tez yüksək temperaturda aparılır, lakin real qurğular adi otaq şəraitində də effektiv işləməlidir. “Energy and environmental science” jurnalındakı icmalda qeyd olunur ki, natrium batareyalarının geniş temperatur diapazonunda səmərəliliyinin qorunması kommersiyalaşma üçün əsas maneə olaraq qalır.

“Belə uzunmüddətli məhsuldarlıq enerji şəbəkəsi səviyyəsində saxlanma üçün zəruridir”, deyə doktor Can vurğulayıb.

Kvinslend prototipi üçün növbəti məntiqli addım otaq temperaturunda səmərəliliyin artırılmasıdır.

Materiallar baxımından komanda bir neçə daxili quruluşu sınaqdan keçirdikdən sonra natriumu ən axıcı şəkildə keçirən variantda qərarlaşıb.

Əgər tədqiqatçılar otaq temperaturunda effektivliyi laboratoriyada artıq nümayiş etdirilmiş təhlükəsizlik və uzunömürlülüklə birləşdirə bilsələr, natrium-metal batareyalar bərpa olunan enerji sahəsində iri layihələrin əsasına çevrilə bilər.

Bu dəyişiklik litium tədarükünə düşən təzyiqi azaldacaq və günəş batdıqdan sonra və küləksiz dövrlərdə də təmiz enerjinin axınını təmin edəcək.

Paşa Məmmədli