باتریهای سدیمیونی توجه پژوهشگران و صنعت را به خود جلب کردهاند. سدیم در مقایسه با لیتیوم فراوانتر است و تهیه آن آسانتر به نظر میرسد. همین ویژگی میتواند در آینده به کاهش هزینه مواد اولیه کمک کند. افزون بر این، این نوع باتریها برای ذخیرهسازی ثابت برق، خدمات شبکه و برخی کاربردهای حملونقل، بهویژه در شرایطی که قیمت و دسترسی به مواد اولیه مهمتر از بیشترین برد حرکتی باشد، گزینهای امیدبخش محسوب میشوند. با وجود این، این فناوری هنوز به اندازه باتریهای لیتیومیونی بالغ نشده و لازم است محدودیتهای آن با دقت بررسی شود.
در همین راستا، موریتس شوته و همکارانش در دانشگاه آر.دبلیو.تی.اچ آخن آلمان پژوهشی انجام دادهاند که به ارزیابی یکی از باتریهای سدیمیونی طراحیشده توسط شرکت چینی Hina پرداخته است. این مطالعه که به مقایسه ویژگیهای عملکردی و کیفیت تولید این باتری با باتریهای پیشرفتهتر لیتیومیونی، از جمله نمونههای مورد استفاده در تسلا، مربوط میشود، تلاش کرده تصویری روشنتر از تواناییها و ضعفهای این فناوری ارائه دهد.
پژوهشگران برای انجام این بررسی، از روشی بدون تخریب باتری به نام «طیفسنجی امپدانس» استفاده کردند. این روش به زبان ساده، به دانشمندان کمک میکند تا یکنواختی و رفتار الکتریکی سلولهای باتری را بدون باز کردن یا آسیب زدن به آنها بسنجند.
آنها ۱۲۰ سلول باتری سدیمیونی را از این نظر بررسی کردند. سپس برای آنکه عملکرد واقعی هر سلول را بهتر بسنجند، باتریها را در جریانهای مختلف و در دماهایی بین منفی ۲۰ تا ۴۵ درجه سانتیگراد آزمایش کردند. در ادامه نیز با کمک پرتو ایکس، ساختار داخلی باتری را دیدند و بعد از باز کردن سلولها، ابعاد الکترودها، ترکیب مواد و ریزساختار آنها را اندازه گرفتند.
نتایج نشان دادند این باتری از طراحیای بهره میبرد که در آن جمعکننده جریان به صورت بدون زبانه و با ساختار دوگانه آلومینیومی ساخته شده است. این طراحی به کاهش مقاومت داخلی باتری کمک میکند و باعث میشود دما در بخشهای مختلف آن یکنواختتر توزیع شود. پژوهشگران همچنین دریافتند که این طراحی، شباهت زیادی به طراحی کنونی باتریهای تسلا دارد. به گفته محققان، یکنواختی سلولها بهطور مثبت غافلگیرکننده بوده است.
با این حال، این باتری در دو زمینه مهم هنوز محدودیت دارد: چگالی انرژی و شارژ شدن در دماهای پایین. چگالی انرژی یعنی اینکه باتری در حجم یا وزن مشخص، چه مقدار انرژی میتواند ذخیره کند. هرچه این عدد بیشتر باشد، باتری برای خودروهای با برد بالاتر مناسبتر است.
پژوهشگران گزارش کردند که عملکرد توان بالا در این محصول تجاری اولیه بهتر از انتظار بوده، اما شارژ در هوای سرد همچنان نقطهضعف آشکار آن است و برای کاربردهایی که نیاز به شارژ مکرر در دمای پایین دارند، باید از مدیریت حرارتی یا راهبردهای عملیاتی مناسب استفاده شود.
یافته جالب دیگر، مشاهده مقدار بالای مس در برخی نواحی کاتد باتری بود، آن هم به شکلی که توزیع آن یکنواخت نبود. کاتد یکی از دو بخش اصلی باتری است که در ذخیره و آزادسازی انرژی نقش دارد. به گفته پژوهشگران، این موضوع پرسشهای مهمی درباره نقش مس در عملکرد و فرسودگی باتری ایجاد میکند.
آنها همچنین اشاره کردهاند که توسعه نسلهای آینده باتریهای سدیمیونی، با حذف موادی مانند نیکل و مس و در عین حال حفظ چگالی انرژی رقابتی میتواند مسیر جذابی برای پیشرفت باشد.
اهمیت این نتایج که در نشریه Cell Reports Physical Science منتشر شدهاند، در آن است که باتریهای سدیمیونی میتوانند در آینده، بهویژه برای ذخیرهسازی ثابت انرژی و برخی خودروهای تجاری یا کوتاهبرد، جایگزینی ارزانتر و در دسترستر باشند. چون سدیم در طبیعت فراوانتر از لیتیوم است، استفاده از آن میتواند هم هزینه مواد اولیه را کاهش دهد و هم خطرهای بلندمدت مربوط به تأمین مواد را کمتر کند. همچنین عملکرد مناسب این باتریها زیر بار و در دماهای پایین، آنها را برای مناطق سردسیر و کاربردهای شبکه برق جذابتر میکند.
البته پژوهشگران تاکید کردهاند که فناوری کنونی باتریهای سدیمیونی تجاری هنوز در مجموع از بهترین باتریهای لیتیومیونی عقبتر است. به همین دلیل، گام بعدی در این حوزه، بهبود توان شارژ در دماهای زیر صفر و همچنین بهینهسازی مواد سازنده باتری است. از دید محققان، پیشرفت در آندهای کربن سخت و فرمولبندی الکترولیتها میتواند از امیدبخشترین مسیرها برای ارتقای این فناوری باشد.