Deși bateriile pe bază de litiu sunt foarte versatile și performante, cea mai mare problemă a acestora ar putea fi crizele de aprovizionare cauzate de cererea prea mare.
O soluție la această problemă este reprezentantă de înlocuirea litiului cu un ion diferit. Deși este posibil ca bateriile alternative să nu fie la fel de bune în toate domeniile ca variantele cu litiu, pentru a elimina o parte din cererea de litiu este nevoie ca acestea să fie eficiente doar în anumite arii.
Acesta este motivul din spatele interesului pentru bateriile pe bază de sodiu. Sodiul este un metal foarte abundent, ieftin și care poate avea un comportament asemănător cu cel al litiului atunci când este utilizat într-o baterie. Cu toate acestea, bateriile cu sodiu prezintă întotdeauna riscuri asociate cu tendința sodiului de a reacționa într-un mod exploziv. În prezent, cercetătorii au dezvoltat un electrolit solid, care ar putea rezolva unele dintre provocările asociate cu sodiul.
Deși există o serie de tehnologii de baterii care se bazează pe sodiu, precum bateriile sodiu-sulf, care au puține lucruri în comun cu bateriile cu litiu, bateriile cu ioni de sodiu funcționează pe baza acelorași principii ca variantele litiu-ion și pot folosi chiar unele dintre aceleași materiale, precum electrozii pe bază de carbon. Din cauza faptului că sodiul este mai greu, bateriile cu ioni de sodiu nu pot atinge aceleași niveluri de energie pe greutate ca și litiul. Cu toate acestea, datorită faptului că sodiul este abundent și ieftin, bateriile cu sodiu ar putea fi utile în cazurile în care greutatea nu este un factor important, precum în cazul stocării energiei în gospodării.
Cea mai mare problemă este sodiul în sine. Multe baterii pe bază de litiu folosesc un electrolit apos pentru a transporta ionii între cei doi electrozi. Cu toate acestea, sodiul reacționează energetic cu apa, eliberând hidrogen care poate produce explozii.
Totuși, în timpul unor experimente, o echipă de cercetare pare să fi descoperit din întâmplare un electrolit destul de eficient: un agent de contrast RMN.
Electrolitul în sine este un copolimer bloc. Acestea este format din molecule care sunt construite din două clase diferite de subunități. În acest caz, unul dintre cele două blocuri a fost bazat pe un compus carbon/sulf; acest polimer a servit ca material de control. Cel de-al doilea bloc a fost o hidrocarbură care a avut majoritatea atomilor de hidrogen substituiți cu atomi de fluor. Ideea din spatele fluorului a fost aceea de a evita o situație care a avut loc cu electroliții înrudiți, în care ionii de sodiu au interacționat cu oxigenul din polimer și, prin urmare, nu s-au mai putut deplasa prin acesta.
Deși blocul de copolimer este solid, acesta suferă o tranziție de la sticlă la plastic la temperaturi care pot apărea în timpul funcționării bateriei. În oricare dintre stări, acesta tinde să formeze domenii distincte bazate pe cele două blocuri diferite, materialul fluorurat creând canale interne ce pot găzdui sodiu, iar celelalte blocuri oferind integritate structurală.
În urma trecerii sodiului prin polimer se creează un strat de sodiu pe suprafața materialului, fenomen asemănător galvanizării. Este important de reținut că sodiul a format o suprafață netedă pe polimer. Prin contrast, pe polimerul de control s-au format dendrite de sodiu cu margini ascuțite. Acest lucru este important deoarece formarea dendritelor este un punct major de defecțiune pentru bateriile cu litiu-ion.
Lucrul pozitiv este că acest proces a rămas reversibil. Astfel, placarea polimerului cu sodiu ar putea fi inversată. Performanța bateriei a rămas satisfăcătoare pe parcursul a 200 de cicluri în care ionii de sodiu au traversat polimerul.
Pentru a testa în continuare materialul, cercetătorii au construit două baterii diferite care aveau în componența lor un electrod realizat din sodiu metalic. Celălalt electrod a stocat sodiu fie într-un material fosfat de sodiu-vanadiu, fie fosfat de sodiu și fier. Ambele baterii au fost eficiente. Deși performanța a scăzut ușor, pe măsură ce curentul de încărcare/descărcare a fost amplificat, acest lucru nu a condus la deteriorarea permanentă a polimerului; scăderea curentului a restabilit performanța anterioară.
Totuși, principalul parametru analizat a fost stabilitatea. După peste 900 de cicluri, bateria încă mai avea peste 97% din capacitatea inițială.
Aceste rezultate nu înseamnă că bateriile cu sodiu ar putea fi următoarea realizare importantă din domeniul energiei. Orice baterie care implică un electrod de sodiu metalic va implica unele costuri de inginerie destul de semnificative pentru a menține siguranța. Cu toate acestea, cel mai important lucru nu este crearea din start a unei tehnologii mature, ci dezvoltarea unei varietăți de compoziții chimice pentru bateriile aflate în curs de dezvoltare până în momentul în care producția acestora va crește și litiul va deveni un factor limitator.
