Natrium ion batareyaları çox miqdarda enerji saxlamaq üçün daha dayanıqlı bir yol təklif edə bilər və yeni tədqiqatlar göstərir ki, onlar nəticədə başqa bir dəyərli məqsədə xidmət edə bilər: dəniz suyundan duzun çıxarılmasına kömək etmək.

Surrey Universitetinin alimləri müəyyən ediblər ki, natrium əsaslı batareya materialı təbii su tərkibi yerində qaldıqda daha yaxşı işləyir. Batareya tədqiqatçıları tez-tez bu suyu təmizləyirlər, çünki nəmlik ümumiyyətlə batareya materialları üçün zərərli hesab olunur. Lakin bu halda onu saxlamaq əhəmiyyətli dərəcədə yaxşılaşmaya səbəb olub.

Litiuma Daha Bol Alternativ

Litium-ion batareyaları hazırda əksər smartfonları, noutbukları, elektrikli nəqliyyat vasitələrini və bir çox böyük enerji saxlama sistemlərini enerji ilə təmin edir. Onlar xeyli miqdarda enerji saxlaya bilirlər, lakin litium və bu batareyalarda istifadə olunan digər materialların əldə edilməsi baha başa gələ bilər və əhəmiyyətli ekoloji xərclərə səbəb ola bilər.

Natrium daha çox yayılmış və geniş yayılmışdır. Dəniz suyunda, duz yataqlarında və bir çox minerallarda tapılır ki, bu da onu daha ucuz enerji saxlama üçün cəlbedici namizəd edir. Natrium ion batareyaları, batareya doldurulduqda və boşaldıqca iki elektrod arasında hərəkət edən yüklü natrium hissəcikləri ilə litium ion batareyalarına bənzəyir.

Əsas maneə performans olub. Bir çox natrium-ion batareya materialı hələ də nə qədər şarj saxladıqları, nə qədər tez şarj etdikləri və ya nə qədər müddət istifadədə qaldıqları baxımından litium-ion texnologiyası ilə müqayisə edilə bilməz.

Materialda suyun qalması performansı artırır

“Journal of Materials Chemistry A” jurnalında dərc olunmuş bir araşdırmada tədqiqatçılar illərdir tədqiq edilən natrium tərkibli bir material olan natrium vanadium oksidini araşdırdılar.

Onların diqqət mərkəzində nanostrukturlu natrium vanadat hidrat (NVOH) adlanan bir forma var idi. Hidrat sözü su molekullarının materialın strukturuna daxil olması deməkdir. Nanostrukturlu, forma və düzülüşdəki dəyişikliklərin ionların batareyadan necə keçdiyinə güclü təsir göstərə biləcəyi son dərəcə kiçik miqyasda hazırlanmış xüsusiyyətlərə aiddir.

Suyu çıxarmaq üçün materialı qızdırmaq əvəzinə, komanda suyun qalması halında nə baş verəcəyini sınaqdan keçirdi.

Nəticə böyük bir irəliləyiş oldu. Nəmləndirilmiş material daha çox enerji yığdı, daha sürətli enerji yığdı və 400-dən çox enerji doldurma dövrü ərzində etibarlı şəkildə işləməyə davam etdi. Doldurma dövrü, enerji doldurmadan boşalmaya və geriyə doğru batareyanın tam istifadəsini təmsil edir.

Laboratoriya sınaqlarında su tərkibli versiya tipik natrium-ion materiallarından təxminən iki dəfə çox yük saxlayırdı. Bu performans səviyyəsi onu bu tip batareya üçün bildirilən ən güclü katod materialları arasında yerləşdirdi.

Katod batareyanın iki əsas elektrodundan biridir. O, yüklü hissəciklərin saxlanmasında və buraxılmasında mərkəzi rol oynayır, buna görə də katodun təkmilləşdirilməsi batareyanın ümumi tutumunu və performansını əhəmiyyətli dərəcədə artıra bilər.

Surrey Universitetinin Kimya və Kimya Mühəndisliyi Məktəbinin tədqiqatçısı və məqalənin aparıcı müəllifi Dr. Daniel Commandeur dedi:

“Nəticələrimiz tamamilə gözlənilməz oldu. Natrium vanadium oksidi illərdir mövcuddur və insanlar adətən suyu çıxarmaq üçün onu istiliklə emal edirlər, çünki problem yarada biləcəyi düşünülür. Bu fərziyyəni şübhə altına almaq qərarına gəldik və nəticə gözlədiyimizdən daha yaxşı oldu. Material gözləniləndən daha güclü performans və sabitlik göstərdi və hətta gələcəkdə bu batareyaların necə istifadə ediləcəyi ilə bağlı yeni maraqlı imkanlar yarada bilər.”

Batareya materialı duzlu suda da işləyib

Tədqiqatçılar daha sonra materialı batareya komponentləri üçün xüsusilə çətin bir mühit olan duzlu suya yerləşdirdilər. Duzlu su istənməyən kimyəvi reaksiyalara səbəb ola və ionların hərəkətinə mane ola bilər ki, bu da bir çox materialın düzgün işləməsini çətinləşdirir.

Bu şərtlərə baxmayaraq, natrium vanadat hidratı effektiv şəkildə işləməyə davam etdi.

Sistem həmçinin həll olmuş duzu təmizləməyə başladı. Natrium əsaslı material sudan natriumu çəkdi, qrafit elektrodu isə xloridləri təmizlədi. Natrium və xlorid adi duzun iki əsas yüklü komponentidir.

Bu proses elektrokimyəvi duzsuzlaşdırma kimi tanınır. Duzu sudan ayırmaq üçün yalnız təzyiq və ya istilikdən istifadə etmək əvəzinə, elektrokimyəvi duzsuzlaşdırma məhluldan yüklü duz hissəciklərini çıxarmaq üçün elektrik reaksiyalarından və xüsusi seçilmiş elektrodlardan istifadə edir.

Doktor Komandir əlavə etdi:

“Duzlu suda natrium vanadat hidratından istifadə etmək həqiqətən həyəcanverici bir kəşfdir, çünki bu, natrium-ion batareyalarının yalnız enerji saxlamaqla kifayətlənməyərək, həm də sudan duzun çıxarılmasına kömək edə biləcəyini göstərir. Uzunmüddətli perspektivdə bu o deməkdir ki, biz dəniz suyundan tamamilə təhlükəsiz, sərbəst və bol elektrolit kimi istifadə edən sistemlər hazırlaya bilərik, eyni zamanda prosesin bir hissəsi olaraq təmiz su istehsal edə bilərik.”

Elektrolit, yüklü hissəciklərin batareyanın elektrodları arasında hərəkət etməsinə imkan verən maddədir. Əksər kommersiya batareyaları xüsusi olaraq hazırlanmış maye və ya bərk elektrolitlərdən istifadə edir. Dəniz suyu nəticədə bu rolu təhlükəsiz və effektiv şəkildə yerinə yetirə bilsəydi, sistemə ikinci bir funksiya əlavə edərkən material xərclərini azalda bilərdi.

Bir Texnologiya Enerji Saxlaya və Təzə Su İstehsal Edə Bilər

Bu tapıntılar enerji saxlama və suyun təmizlənməsini birləşdirən gələcək cihazların mümkünlüyünü artırır. Bu cür sistemlər potensial olaraq günəş panellərindən və ya külək turbinlərindən elektrik enerjisi saxlaya və eyni zamanda dəniz suyundan duzu təmizləyə bilər.

Bu, xüsusilə şirin suya çıxışın məhdud olduğu, lakin dəniz suyu və bərpa olunan enerji mənbələrinin asanlıqla əldə edilə biləcəyi sahil bölgələrində faydalı ola bilər. Bununla belə, tədqiqat hələ erkən mərhələdədir və yanaşmanın kommersiya batareyalarında və ya böyük duzsuzlaşdırma sistemlərində istifadəsindən əvvəl daha çox sınaq tələb olunacaq.

Bu kəşf, litium əsaslı texnologiyaya alternativ olaraq natrium ion batareyalarının istifadəsini də gücləndirə bilər. Natrium bol və nisbətən ucuz olduğundan, natrium ion sistemləri elektrik şəbəkəsində bərpa olunan enerjinin saxlanması və ya elektrikli nəqliyyat vasitələrinin işə salınması üçün daha təhlükəsiz və daha dayanıqlı bir seçim ola bilər.

Surrey komandasının metodu batareya istehsalını da sadələşdirə bilər. İstehsalçılar materialdan suyu çıxarmaq üçün başqa bir istehsal mərhələsi əlavə etmək əvəzinə, daha yaxşı performans əldə edərkən onu yerində saxlaya bilərlər.

Tədqiqatçılar nəmlik haqqında uzun müddətdir mövcud olan bir fərziyyəyə meydan oxuyaraq, mövcud batareya materialını təkmilləşdirməyin sadə bir yolunu tapdılar. Onların nəticələri yüksək performanslı natrium-ion enerji saxlama sistemini praktik istifadəyə daha da yaxınlaşdırdı və bir cihazın həm təmiz enerji saxlaya biləcəyi, həm də dəniz suyunu şirin suya çevirməyə kömək edə biləcəyi bir gələcəyə işarə etdi.