Onderzoekers van de Universiteit van Oxford en de Universiteit van Tokyo van Science publiceerden op 17 december afzonderlijke onderzoeken waarin de vooruitgang werd beschreven in de oplaadsnelheden van natriumionbatterijen en vaste elektrolyten die de geleidbaarheid behouden. Wetenschappers van de Tokyo University of Science liet zien dat natrium-ionbatterijen die gebruik maken van harde koolstofelektroden sneller opladen dan conventionele lithium-ionbatterijen. Het team van professor Shinichi Komaba paste een verdunde elektrodemethode toe, waarbij harde koolstofdeeltjes werden gemengd met elektrochemisch inactief aluminiumoxide. Deze aanpak elimineert ionenopstoppingen die optreden in dichte composietelektroden tijdens snel opladen. De onderzoekers voerden cyclische voltammetrie en elektrochemische analyse uit om de ionenbeweging te evalueren. Uit hun metingen bleek dat natriumionen sneller door harde koolstof reizen dan lithiumionen. De schijnbare diffusiecoëfficiënt, die de ionenmobiliteit kwantificeert, bleek hoger voor natrium dan voor lithium in het algemeen. Komaba verklaarde: “Onze resultaten tonen kwantitatief aan dat de laadsnelheid van een SIB die een HC-anode gebruikt, hogere snelheden kan bereiken dan die van een LIB.” Uit het onderzoek bleek verder dat natriumionen minder activeringsenergie nodig hebben om pseudo-metaalclusters te creëren in nanoporiën van harde koolstof. Deze eigenschap zorgt ervoor dat natriuminbrenging in het materiaal minder wordt beïnvloed door temperatuurvariaties. Het onderzoek uit Tokio verscheen in het tijdschrift Chemical Science. Deze bevindingen bevestigen de intrinsieke oplaadmogelijkheden van hardkoolstofanodes in natrium-ionbatterijen in vergelijking met lithium-ion-tegenhangers. Aan de Universiteit van Oxford, Paul McGonigal en promovendus Juliet Barclay ontwikkeld op cyclopropenium gebaseerde elektrolyten. Deze organische materialen behouden de ionische geleidbaarheid tijdens de overgang van vloeibare naar vaste toestand. Deze ontwikkeling gaat in tegen de standaard elektrochemische waarneming dat de ionenmobiliteit scherp afneemt wanneer vloeistoffen stollen. Het team synthetiseerde schijfvormige moleculen uitgerust met flexibele zijketens. Bij stolling assembleren deze moleculen zichzelf tot kolomvormige structuren. Het ontwerp verspreidt de positieve lading gelijkmatig over een platte moleculaire kern. Deze configuratie vermijdt het vangen van negatieve ionen en handhaaft een permeabele omgeving die ionentransport ondersteunt. Barclay merkte op: “We hebben aangetoond dat het mogelijk is om organische materialen zo te ontwerpen dat de ionenmobiliteit niet bevriest wanneer het materiaal stolt.” Tests in het onderzoek bevestigden een stabiele geleidbaarheid over vloeibare, vloeibare kristallen en vaste fasen voor verschillende ionentypen. Het Oxford-werk, gepubliceerd in Science, benadrukt consistente prestaties op het gebied van geleidbaarheid, ongeacht de fasetoestand. Fabrikanten kunnen deze elektrolyten tijdens de montage van de batterij tot een vloeibare toestand verwarmen. Koeling produceert vervolgens stabiele vaste vormen die lekkage voorkomen en brandrisico’s verminderen zonder de efficiëntie van de ionenbeweging in gevaar te brengen.
