W większości używanych dziś urządzeń – od elektrycznych samochodów po smartfony – montowane są baterie litowo-jonowe. Lit nie jest pierwiastkiem powszechnie występującym. Dodatkowo do produkcji baterii litowych niezbędne są metale rzadkie, takie jak kobalt. Ma to znaczący wpływ na ich cenę.
Teoretycznie lit mógłby zostać zastąpiony przez sód. To pierwiastek bardzo powszechny, więc baterie mogłyby być znacznie tańsze. Miałyby też inną zaletę – znacznie szybciej by się ładowały, a ich rozładowanie do zera zupełnie by im nie szkodziło.
Sęk w tym, że sód jest pierwiastkiem dość opornym. Próby stworzenia trwałych baterii o właściwościach podobnych do litowych kończyły się fiaskiem. Główny problem stanowił fakt, że sód szybko tworzy na elektrodzie tzw. dendryty, czyli cienkie metaliczne struktury kształtem przypominające nici. To sprawiało, że takie baterie miały krótką żywotność.
Elektroda niczym przekładaniec sprawia, że baterie sodowe działają znakomicie
Naukowcom z University of Texas w Austin udało się ten problem rozwiązać. Wykorzystali komputerowy model, który pozwolił stworzyć nowy materiał zapobiegający powstawaniu dendrytów. A przez to – uszkodzeniu elektrody.
Powstał on z naniesienia cienkiej warstwy sodu na tellurek antymonu. Potem składano go wiele razy, tworząc naprzemienne warstwy. Badacze porównują jego strukturę do wielokrotnie składanego ciasta filo, z którego wypieka się np. baklawę.
Taki proces sprawia, że sód jest bardzo równomiernie rozłożony i dendryty na nim powstają znacznie wolniej i rzadziej. To zaś z kolei oznacza, że bateria sodowa może dorównać litowej, jeśli chodzi o ilość cykli ładowania i rozładowania. Ma też porównywalną do litowych baterii gęstość energii. To parametr określający, ile energii może przechować dany materiał w przeliczeniu na swoją masę. Inne rodzaje baterii opartych o sód były dotąd pod tym względem słabsze.
Lit to nie jest czysty biznes. Sód może zmienić świat
Wynalazcy materiału złożyli już wniosek patentowy na elektrodę sodową. Są bowiem spore szanse, że nowymi bateriami szybko zainteresuje się przemysł. Popyt na przechowywanie energii stale rośnie. Tymczasem lit jest rzadki, drogi, jego produkcja zużywa bardzo dużo wody i jest też źródłem wielu zanieczyszczeń.
Na dodatek kobalt wykorzystywany w bateriach litowych pochodzi głównie z Kongo. Kraj ten zaspokaja ponad 70 proc. światowego zapotrzebowania. Tymczasem wydobycie rud metali w Kongu odbywa się głównie w nielegalnych kopalniach. Pracują w nich, często pod przymusem, dziesiątki tysięcy uciekinierów z terenów objętych walkami, w tym dzieci. Wschodnie prowincje kraju są ogarnięte wojną domową trwającą od lat 90. Dzięki handlowi metalami kongijskie wojsko i partyzantki uzyskują miliony dolarów. Za nie zaś na czarnym rynku kupują broń i finansują dalszy rozlew krwi. Walki toczą się w dużej mierze o dostęp do złóż metali potrzebnych do produkcji baterii oraz innych podzespołów smartfonów.
Źródła: University of Texas; Advanced Materials.