Element litijum se široko koristi u baterijama jer rezultira dugotrajnim, stabilnim skladištenjem energije. Međutim, to je ograničen resurs, tako da istraživači naporno rade pokušavajući da identifikuju alternativne materijale za upotrebu u proizvodnji baterija. Koristeći kanadski izvor svetlosti na Univerzitetu u Saskačevanu, tim sa Univerziteta McGill nedavno je smislio način da zameni većinu litijuma u baterijama natrijumom.
Rad je objavljen u časopisu Napredno istraživanje energije i održivosti.
Izazov sa korišćenjem natrijuma je u tome što materijal katode postaje nestabilan kada je izložen vazduhu, što je veliki problem ako želite da obnovite postojeće proizvodne pogone koji trenutno proizvode litijum-jonske baterije.
„Natrijum reaguje sa ugljen-dioksidom i vodenom parom u vazduhu i stvara natrijum karbonat i druge proizvode“, kaže Erik Mekala, vanredni profesor na Mekgil-ovom odeljenju za hemiju. „Voda zapravo može ući u materijal i pretvoriti ga u potpuno drugačiju strukturu, što nije dobar materijal za baterije.“
Mekalin tim je koristio ono što on naziva „divlje zamene“, da istovremeno testira uticaj 52 različita elementa na stabilnost natrijum-jonske baterije. HKSMA beamline u CLS-u im je pomogao da vide detaljne, lokalizovane informacije o bateriji nakon upotrebe, omogućavajući im da shvate koji elementi su efikasni u održavanju baterije stabilnom, kada se koriste zajedno sa natrijumom.
Da bi shvatio svoje planine podataka—koji su uključivali bezbroj međusobno povezanih varijabli—McCalla-in tim je koristio mašinsko učenje, moćan alat, kaže on, za racionalizaciju velikih količina složenih informacija.
„Mašina može da odvoji varijable“, kaže Mekala. „Može napisati komplikovanu funkciju koja uzima u obzir sve konkurentne parametre.“ Ovo im je pomoglo da shvate koji materijali zapravo utiču na performanse, a koje varijable imaju manju ulogu.
Natrijum-jonske baterije moraju preći dug put pre nego što u potpunosti zamene litijum-jonske baterije — posebno u električnim vozilima — tako da je to još uvek kritična oblast istraživanja i otkrića.
„Ljudi rade na litijumskim baterijama više od 40 godina i veoma su dobre“, kaže Mekala. „Korišćenje održivijih materijala je sjajan cilj, ali je letvica visoka. Napravili smo napredak i nastavićemo da radimo veoma naporno na poboljšanju ovih materijala.“
