Sjećam se jednog kemijskog ili, bolje reći, fizičkog pokusa kojeg možete i sami lako napraviti (ne baš u kuhinji, ali ipak). Uzmite dakle staklenu cjevčicu te je spojite s pozitivnim i negativnim polom električne struje. Struja neće teći, zna se, jer staklo je izolator. No ako cjevčicu zagrijete, struja će poteći. Zašto?

Uzrok tome, tečenju struje, su ioni natrija, Na⁺. Oni u staklu prenose električni naboj baš kao što ga prenose u otopini natrijeva hidroksida (natrijevoj lužini) ili u otopini natrijeva klorida (slanoj vodi). To znači da je i staklo elektrolit, ali ne tekući nego kruti. Nevolja je jedino u tome što teško vodi struju – dok se ne zagrije. Ali samo dok se ne napravi staklo kroz koje teče električna struja pri sobnoj temperaturi.

I evo ga! Za razliku od običnog, prozorskog stakla, koje je smjesa silikata, staklo koje vodi električnu struju – staklasti feroelektrični elektrolit – je tvar definiranog kemijskog sastava, Na₃OCl. No, tu sam se malo zaletio, jer je dio jednovalentnih natrijevih iona zamijenjen dvovalentnim ionima barija, Ba²⁺, pa je točna formula krutog elektrolita Na_2,99Ba_0,005OCl. Uzalud ćete se mučiti ako tu formulu hoćete prevesti u ime prema pravilima nomenklature anorganskih spojeva. Bez ulaženja u strukturu rečenog feroelektričnog elektrolita, dovoljno je reći da naboj prenose ioni Na⁺, Cl^- i NaO^-. Ili, mogli bismo i tako reći, riječ je o osebujnoj smjesi natrijeva oksida, Na₂O, i natrijeva klorida, NaCl. Specifična mu vodljivost iznosi oko 20 mS/cm, što odgovara specifičnoj vodljivosti natrijeve lužine koncentracije 0,1 mol/L (22 mS/cm).

No, dosta igre s kemijskim imenima i formulama! Ono što nas ovdje najviše zanima je da su portugalski znanstvenici uspjeli napraviti natrijevu bateriju na temelju takvog, krutog elektrolita. Njihov se doprinos znanosti i tehnici može pronaći u časopisu Molecules pod naslovom „Robust all-solid-state batteries with sodium ion electrolyte, aluminum and additive manufacturing inconel 625 electrodes“. Izrada baterije je jednostavna: u aluminijsko kućište koje služi i kao negativna elektroda stavi se elektroda od slitine inkonel (inconel 625), a potom sve pokrije spomenutim feroelektričnim krutim elektrolitom. Zašto baš ta slitina?

Odgovor je: zbog korozije. Pri radu ove kao i svake natrijeve baterije na elektrodama se taloži elementarni natrij, a on je vrlo reaktivan, pa stoga i korozivan. Dobro radi i ćelija sa zlatnim elektrodama, Au|Na_2,99Ba_0,005OCl|Au, ali zlato je skupo. Stoga su ga zamijenili spomenutom slitinom složenog sastava, koji se najkraće opisuje kemijskom formulom sa 64 atoma: Ni₄₁Cr₁₅Mo₃Fe₂AlSiNb. Ni nakon godine dana neprekidnog rada nisu zapažena oštećenja elektrode od inkonela. Aluminijska elektroda djelomično se istrošila, korodirala, ali ne bitno. To svojstvo nove baterije najviše ističu autori spomenutog znanstvenog rada, jer je zahvaljujući postojanosti elektroda baterija radila godinu dana bez znatnih promjena performansi.

Druga je međutim priča s kapacitetom. On iznosi 2,3 mAh/cm² ili, konkretnije, baterija od 94 grama ima kapacitet od 35 mAh. Uz radni napon od 0,92 V, gustoća energije baterije iznosi 0,34 Wh/kg. Unatoč tome što kapacitetom znatno zaostaje za litij-ionskim baterijama, njezina pouzdanost te otpornost na temperaturu i koroziju (a posebice nezapaljivost) čini je najboljim tehničkim rješenjem za skladištenje električne energije pri ekstremnim uvjetima, primjerice na naftnim platformama i podmorskim sondama. U mašti već vidim podmorskog robota čija je čitava oplata pretvorena u elektrodu i bateriju: u njezinih 50 kvadratnih metara mogao bi se pohraniti 1 kWh energije. 

Sve skupa, lijepa preporuka. A najbolja je preporuka ako pogledamo koje sirovine trebaju da se napravi takva baterija, natrijska baterija s krutim elektrolitom. Umjesto skupog i rijetkog litija treba jeftin natrij. Jedino što je doista skupo u bateriji je niobij, metal iz skupine rijetkih zemalja, no treba ga vrlo malo, jer samo jedan atom niobija dolazi na 63 atoma drugih kemijskih elemenata u inkonelu. Na kraju, sve se dade lako reciklirati, jer se i aluminij i inkonel mogu pretaliti.

Nenad Raos, rođen u Zagrebu 1951., je kemičar, znanstveni savjetnik u trajnome zvanju, od 2017. u mirovini. Autor je oko 200 znanstvenih i stručnih radova iz područja teorijske i bioanogranske kemije te povijesti i filozofije znanosti. Još od studentskih dana bavi se popularizacijom znanosti. Sada piše za Čovjek i svemir te za mrežne stranice Panopticum i, naravno, Bug online. Autor je 16 znanstveno-popularnih knjiga, među kojima  su „Kemičar u kući – kemija svakodnevnog života“ i „Antologija hrvatske popularizacije prirodnih znanosti“.