Technologie

Onderzoek: water in elektrodemateriaal verbetert natrium-ionopslag

Onderzoekers van de University of Surrey hebben vastgesteld dat een gehydrateerd elektrodemateriaal de prestaties van natrium-ionaccu's aanzienlijk kan verbeteren. Het gaat om nanostructured sodium vanadate hydrate (NVOH), een gelaagd, natrium-gebaseerd materiaal dat van nature water bevat in zijn kristalstructuur.

In accu-onderzoek worden dergelijke materialen doorgaans verhit om het water te verwijderen, omdat hydratatie vaak wordt gezien als nadelig voor stabiliteit. Het team uit Surrey testte deze aanname en kwam tot een andere conclusie: het gehydrateerde materiaal presteerde beter dan de gedehydrateerde variant, zowel qua laadcapaciteit als laadsnelheid.

De studie, gepubliceerd in Journal of Materials Chemistry A, laat zien dat NVOH bijna twee keer zoveel lading kan opslaan als conventionele natrium-ionkathodes. Tijdens laboratoriumtests behield het materiaal zijn prestaties gedurende meer dan 400 laad- en ontlaadcycli, terwijl de kristalstructuur stabiel bleef.

Volgens hoofdauteur Daniel Commandeur, onderzoeksfellow aan de faculteit Scheikunde en Chemische Technologie van de universiteit, waren de resultaten onverwacht. In een verklaring aan Science Daily gaf hij aan dat de aanwezigheid van water in de structuur vermoedelijk zorgt voor betere iondiffusie. Hierdoor kunnen natriumionen zich gemakkelijker door het materiaal bewegen, wat leidt tot snellere elektrochemische reacties en een hogere energiedichtheid.

Naast de accuprestaties ontdekten de onderzoekers nog een tweede eigenschap. Wanneer het materiaal werd gebruikt in zout water, bleef de accu functioneren en werden tegelijkertijd natriumionen uit het water verwijderd. In combinatie met een grafietelektrode, die chloride-ionen opnam, ontstond een elektrochemisch ontziltingseffect waarbij energieopslag en waterzuivering gelijktijdig plaatsvonden.

Volgens de onderzoekers zou dit op langere termijn kunnen leiden tot systemen die zeewater gebruiken als elektrolyt, terwijl tegelijkertijd zoet water wordt geproduceerd. Dat zou natrium-ionaccu's niet alleen geschikt maken voor energieopslag, maar ook voor toepassingen waarbij waterzuivering een rol speelt.

De bevindingen zijn relevant voor grootschalige energieopslag, zoals netstabilisatie en integratie van hernieuwbare energie. Natrium is wereldwijd ruim beschikbaar en goedkoper dan lithium. Bovendien kan het gebruik van gehydrateerde materialen productieprocessen vereenvoudigen, doordat intensieve hittebehandelingen mogelijk niet langer nodig zijn.