Na 2 B 10 H 10 menunjukkan konduktivitas superionik yang luar biasa di atas ca. 360 K (misalnya, ≈0.01 S cm−1 pada 383 K) bersamaan dengan transisinya dari struktur monoklinik terurut ke susunan kubus berpusat pada muka dari B 10 H 10 yang tidak teratur secara orientasi 2− anion yang menyimpan subkisi Na + kation yang kaya akan kekosongan . Penemuan ini merupakan kemajuan besar untuk konduksi ion cepat Na + keadaan padat pada suhu perangkat yang relevan secara teknologi.
Para ilmuwan telah menemukan bahan hidrida logam kompleks berbasis natrium yang berpotensi menjadi alternatif yang jauh lebih murah daripada konduktor berbasis litium yang digunakan di banyak baterai isi ulang saat ini.
Pabrikan baterai yang dapat diisi ulang mungkin tersentak dari penelitian yang dilakukan di Institut Nasional Standar dan Teknologi (NIST) dan beberapa lembaga lainnya, di mana tim ilmuwan telah menemukan bahan penghantar natrium yang aman, murah, yang secara signifikan mengungguli semua yang lain di kelasnya. .
Penemuan tim adalah hidrida logam kompleks berbasis natrium, bahan dengan potensi sebagai alternatif yang jauh lebih murah daripada konduktor berbasis litium yang digunakan di banyak baterai yang dapat diisi ulang. Karena lithium adalah komoditas yang relatif langka di dekat permukaan bumi, industri lebih memilih untuk membuat baterai yang dapat digunakan kembali dari bahan umum yang ekonomis dan tidak habis-habisnya.
Hidrida baru—yang memiliki rumus Na 2 B 10 H 10 —mungkin sesuai, dan bukan hanya karena ia terbentuk dari tiga unsur natrium, boron, dan hidrogen yang mudah diperoleh. Ada alasan praktis lainnya juga: Ini adalah padatan anorganik yang stabil, artinya akan menimbulkan lebih sedikit risiko yang dibawa oleh banyak cairan yang mudah terbakar di baterai tradisional, seperti potensi bocor atau meledak. Dan dibandingkan dengan padatan berbasis natrium lainnya, ini dapat menghasilkan output daya yang lebih banyak.
Keuntungan terakhir ini berasal dari kemampuannya yang tidak biasa untuk menghantarkan ion natrium dengan sangat baik saat dipanaskan. Pada suhu kamar, atom-atom hidrida tersusun rapat. Tapi ketika dipanaskan hingga mendekati titik didih air, mereka dikemas ulang untuk menciptakan banyak koridor di mana ion natrium dapat mengalir dengan mudah. Karena ion bermuatan inilah yang membawa listrik dalam baterai, “perubahan fase” ini, sebagaimana fisikawan menyebutnya, memungkinkan materi tim mengungguli yang lain.
“Ini lebih dari 20 kali lebih baik dalam melakukan tugasnya daripada hidrida kompleks berbasis natrium lainnya yang diketahui dalam kisaran suhu ini,” kata Terrence Udovic dari NIST Center for Neutron Research (NCNR). “Ini juga sebagus hidrida padat berbasis lithium terbaik yang telah diukur, jadi cukup menjanjikan.”
Udovic telah menjelajahi bahan logam hidrida sebagai kandidat untuk penyimpanan hidrogen, dan sementara senyawa khusus ini berkinerja buruk pada tugas itu, dia mendapatkan ide untuk mengujinya sebagai konduktor ion. Penelitian NCNR mengisyaratkan kemampuannya, tetapi mengklarifikasinya membutuhkan upaya internasional di antara kolaborator dari Universitas Tohoku Jepang, Institut Fisika Logam Rusia, Universitas Maryland, dan Laboratorium Nasional Sandia.
Udovic mengatakan bahwa pekerjaan di masa depan akan melibatkan perubahan kimia pada sifat hidrida untuk mengoptimalkan kinerjanya. Pada titik ini, perlu mengoperasikan baterai di atas suhu transisi fase, jadi salah satu tujuannya adalah menurunkan suhu transisi sedekat mungkin ke suhu kamar—tujuan yang dia yakini dapat dicapai.
“Anda mungkin bisa menggunakan bahan ini dalam baterai sekarang,” katanya. “Tapi semakin rendah suhu yang dibutuhkan untuk membuatnya bekerja, semakin bermanfaat.”
Publikasi : Terrence J. Udovic, et al., “Exceptional Superionic Conductivity in Disordered Sodium Decahydro-closo-decaborate,” Advanced Materials, 2014; DOI: 10.1002/adma.201403157
Gambar: Terrence J. Udovic, dkk., DOI: 10.1002/adma.201403157
