Marcus Folino and Yen Strandqvist/Chalmers University of Technology
Натриевые батареи могут в будущем заменить литиевые, и новая разработка приближает этот момент. Исследователи нашли способ повысить емкость натриевых аккумуляторов так, чтобы они могли конкурировать с литий-ионными
Ученые, которые разрабатывают новые конструкции аккумуляторных батарей для повышения их емкости, уменьшения стоимости и влияния на экологию, обращаются к широко распространенному натрию в качестве замены дорогого и труднодоступного лития. Такие натрий-ионные устройства работают во многом так же, как современные литий-ионные батареи — они вырабатывают энергию за счет перемещения ионов между парой электродов в жидком электролите, но в настоящее время их производительность слишком низка.
Отчасти это объясняется большим размером ионов натрия по сравнению с ионами лития, поэтому они не так хорошо соединяются с графитовыми электродами, состоящими из сложенных слоев графена. Обычно ионы свободно перемещаются в графитовый электрод и выходят из него в ходе циклов заряда-разряда, но более крупные ионы натрия не могут эффективно храниться в структуре. Это значительно снижает производительность натрий-ионного аккумулятора и обеспечивает его емкость около 35 мАч/г — примерно в 10 раз меньше аналогичных литий-ионных технологий.
В поисках решения этой проблемы ученые из Технологического университета Чалмерса обратились к новой форме графена со специфическими свойствами. Названный в честь римского бога с двумя лицами, янус-графен имеет активные центры для взаимодействия с ионами только с одной стороны. Молекулы, расположенные только на одной стороне графенового материала, облегчают электростатические взаимодействия между уложенными листами, а также создают больше пространства между ними, что, как обнаружили исследователи, привело к значительному увеличению емкости устройства.
Используя свой новый янус-графен вместо графита, ученые достигли емкости 332 мАч/г в своей экспериментальной натриевой батарее. Это почти в 10 раз выше, чем может предложить стандартное устройство, и примерно сопоставимо с емкостью литиевых аккумуляторов.
Исследование опубликовано в журнале Science Advances.
