Ova, 2022. godina je svjetska godina stakla. (Ne čudim se što ne znate, i ja sam to tek nedavno saznao.) No, što je staklo? Staklo je prozirna tvar koja se dobiva staljivanjem kremenog pijeska (SiO₂), sode (Na₂CO₃) i vapnenca (CaCO₃) u staklarskoj peći. I jest i nije tako. Tako je jer se tako dobiva ono najčešće, prozorsko staklo. U masu za staklo može se dodati aluminijev i borov oksid (da bi se dobilo vatrostalno staklo), olovni oksid (za kristalno staklo) ili oksidi  teških metala (kobalta, bakra, željeza, mangana, nikla, srebra...) da bi se proizvelo staklo u svim duginim bojama. To su sve silikatna stakla, no ima i stakla druge vrste.

Staklo je, ukratko, tvar osebujnih svojstava, neovisno o kemijskom sastavu. Neki kažu da je staklo amorfna krutina, drugi da je pothlađena tekućina, a treći – krijući svoje neznanje iza neodređene, pravo rečeno tautološke definicije – da je staklo ime za posebno agregatno stanje tvari. Ono što staklo čini posebnim je da u njemu – kao ni u tekućini – nema kristala, pa opet ne teče poput tekućine. Stoga se staklo može napraviti ne samo od silikata (prozorsko, vatrostalno, kristalno... staklo) nego i od mnogih drugih tvari, čak i od metala (metalno staklo).

Da bi upravo staklo moglo biti rješenje za električne baterije koje koriste prijenos elektrona između atoma natrija i atoma sumpora, stara je zamisao, no nikako da se ostvari. Pa ipak, ima nade. U radu kineskih znanstvenika „An electrochemically stable homogeneous glassy electrolyte formed at room temperature for all-solid-state sodium batteries“ objavljenom u časopisu Nature Communication, dano je rješenje problema ili barem put prema njegovom rješenju.

Stakla se dobivaju hlađenjem taline, pa i ono metalno – koje se dobiva tako brzim hlađenjem da se metal ne uspije iskristalizirati. Sa staklom kineskih znanstvenika nije tako. Ono je dobiveno dugim mljevenjem praha natrijeva sulfida, Na₂S, s prahom fosforova sulifida, P₂S₅. Njihovom reakcijom nastaje staklo sastava Na₃PS₄ – na sobnoj temperaturi (formed at room temperature). Dobiveni se stakleni prah potom preša u pločice.  

Ima jedan zgodan školski pokus u kojem se na staklenu cijev pričvrste elektrode, a onda se pusti električna struja. Struja ne teče sve dok se staklo ne zagrije plinskim plamenikom. Tako je to i kod ovog, tiofosfatnog stakla, no ono već pri temperaturi od 60 ^oC dostiže električnu vodljivost otopina soli.

Druga prednost staklenog elektrolita je mehanička čvrstoća koja jamči da se nova baterija neće pri upotrebi slomiti ili iscuriti. Prednost su svakako jeftine sirovine i njihova bezopasnost za okoliš – jer stakleni se elektrolit lako reciklira, a ne sadrži druge kemijske elemente osim onih koji se normalno nalaze u živoj prirodi, pa i u ljudskom tijelu. No najveća prednost novog elektrolita, baš zato što je od stakla, je što natrij – koji nastaje pri punjenju baterije – ne uništava (ne mrvi) elektrodu nego se slobodno širi u stakleni, plastični elektrolit. Još su bolja mehanička svojstva fosforno-sumpornog stakla postignuta kada je smjesi natrijeva i fosforova sulfida dodan fosforov pentoksid, P₂O₅. Pritom su nastajala stakla sastava Na₃PS_4-xO_x, s vrijednošću x od 0 do 0,60. Na kraju se pokazalo da se najbolji elektolit dobiva kombinacijom stakla s više (x = 0,60) i manje (x = 0,15) kisika – i evo baterije!

Najveća postignuti kapacitet baterije je 1280 Ah/kg uz visoko iskorištenje od 92 %. No takvo stanje nije trajno jer već nakon 40 ciklusa punjenja i pražnjenja kapacitet baterije pada na 1116 Ah/kg uz potencijal izbijanja 1,42 V. Pri gustoći struje od 0,1 mA/cm² baterija može izdržati 150 ciklusa bez pada napona.

Kada se iz tih podataka izračuna specifična energija, dolazi se do vrijednosti od 5,7 MJ/kg ili 1,6 kWh/kg – što je već sada bolje od ponajboljih litij-ionskih baterija (> 0,5 kWh/kg). To bi bilo činjenice. A kada ćemo vidjeti takve baterije u našim autima ne bih znao reći – jer nisam vidovit.

Nenad Raos je kemičar, doktor prirodnih znanosti i znanstveni savjetnik u trajnome zvanju, sada u mirovini. Autor je i koautor više od stotinu znanstvenih i stručnih radova iz područja bioanorganske i teorijske kemije, molekularnog modeliranja te povijesti kemije i komunikacijskih vještina u znanosti. Još od studentskih dana bavi se popularizacijom znanosti. Sada piše za Čovjek i svemir te, naravno, Bug online. Sedam je godina bio glavni i tehnički urednik časopisa Priroda, a danas je glavni urednik mrežnih stranica Panopticum. Koautor je dva sveučilišna udžbenika i autor 13 znanstveno-popularnih knjiga. Nagrađen je Državnom godišnjom nagradom za promidžbu i popularizaciju znanosti 2003. godine.