یون سدیم جایگزین سلول‌های یون لیتیومی خواهد شد؛ فناوری جدید برای باتری‌های آینده

یون سدیم به عنوان ماده جدید شیمیایی برای ساخت الکترود در باتری‌ها است که چگالی انرژی مشابهی با یون لیتیوم دارد اما از نظر زیست محیطی و در دسترس بودن و هزینه ساخت بسیار بهتر است.

این فناوری در حال تحقیق در دانشگاه فناوری چالمرز گوتنبرگ است و از گرافن برای ذخیره سازی یکی از فراوان ترین و کم هزینه ترین یونهای فلزی جهان یعنی سدیم استفاده می‌کند.

سدیم به طور گسترده در آب دریا موجود است و استفاده فراوانی در زندگی امروزی بشر دارد.

بشر از قرن ۱۹ به دنبال جایگزینی برای فناوری اسید سرب باتری‌ها بوده است. اسید سرب چگالی انرژی کمی دارد اما تا بیش از پیدایش باتری‌های مدرن تا اواسط دهه ۷۰ میلادی نیز مورد استفاده گسترده خودروسازان بود.

یکی از مواد جایگزین اسید سرب، گوگرد سدیم بود که توسط شرکت بی ام و در اواخر دهه ۸۰ میلادی مورد آزمایش قرار گرفت. ظرفیت این باتری‌ها به ۲۲kWh رسید و بی ام با ساخت یک بدنه پلاستیکی از مدل E1 خود توانست مسافت ۳۲۰ کیلومتری را با یک بار شارژ طی کند.

در سال ۱۹۹۳ میلادی نیز بی ام و از باتری کلرید سدیم نیکل در مدل E2 استفاده کرد. پس از آن نیز از باتری نیکل کادمیوم در سری ۳ استفاده کرد و در نهایت به ساخت باتری لیتیوم یونی با حداکثر ظرفیت ۳۵ kWh رسید و از این باتری در مدل Mini E بهره برد.

همانند سلول های لیتیوم یونی، آند باتری یون سدیم بر پایه گرافیت هستند. در هر دو نوع یون ها با گرافیت در هم تنیده و از یک ساختار مشترک بهره می‌برند.

یون‌های سدیم بزرگ‌تر از یون‌های لیتیوم هستند و در نتیجه نمی‌توان مقدار زیادی از آن را در گرافیت ذخیره کرد.

برای حل این مشکل، دانشمندان با ایجاد یک فاصله بین مولکولی در اطراف هر لایه گرافیت امکان ایجاد فضای ذخیره بیشتری را فراهم کرده‌اند.

لایه‌های گرافیت به طور معمولی از نظر شیمیای در هر دو طرف ساختار یکسانی دارند.

گرچه این تحقیقات در مرحله اولیه قرار دارد و هنوز در کاربردهای صنعتی به واقعیت تبدیل نشده‌است. اما این فناوری به‌شدت کارا و بهینه است و عملکردی مشابه با باتری‌های لیتیوم یونی فعلی از نظر شارژ و دشارژ و سیکل کاری دارد.