Натрий-ионные батареи могут стать лучше благодаря графену и лазерам

Натрий-ионные батареи могут стать лучше благодаря графену и лазерам

Вы много слышали о недостатках литиево-ионных батарей, в основном связанных с медленными темпами увеличения мощности. Однако они также довольно дороги из-за необходимого лития для катодов. Натрий-ионные аккумуляторы показали некоторые перспективы в качестве гораздо более дешевой альтернативы, но производительность не была сопоставимой. С помощью лазеров и графена исследователи, возможно, разработали новый тип натриево-ионного аккумулятора, который работает лучше и может снизить стоимость технологии батареи на порядок.

Исследование исходит от Университета науки и технологий короля Абдуллы (KAUST) в Саудовской Аравии. Большая часть воды в стране поступает из опреснения, поэтому остается много избытка натрия. Во всем мире натрий примерно в 30 раз дешевле лития, поэтому было бы неплохо, если бы мы могли использовать его как аккумуляторный катод. Проблема заключается в том, что стандартные графитовые аноды не удерживаются на ионах натрия, а также литий.

Команда KAUST рассмотрела способ создания материала, называемого твердым углеродом, для повышения эффективности натрия-ионов. Для получения твердого углерода обычно требуется сложный многоступенчатый процесс, который включает нагрев образцов до более 1800 градусов по Фаренгейту (1000 градусов Цельсия). Это эффективно устраняет экономическое преимущество использования натрия в батареях. Команде KAUST удалось создать что-то вроде твердого углерода с относительной легкостью, используя графен и лазеры.

Все начинается с куска медной фольги. Группа применила полимерный слой, состоящий из полимочевины мочевины. Исследователи взорвали этот материал с помощью высокоинтенсивного лазера для создания графена с помощью процесса, называемого карбонизацией. Однако регулярного графена недостаточно. В то время как лазерный обжиг, в реакционную камеру добавляли азот. Азотные атомы в конечном итоге интегрируются в материал, заменяя некоторые атомы углерода. В конце, материал составляет около 13 процентов азота с остатком углерода.

Натрий-ионные батареи могут стать лучше благодаря графену и лазерам

Изготовление анодов из этого материала «3D graphene» дает несколько преимуществ. Во-первых, он очень проводящий. Чем больше атомный интервал, тем лучше для захвата ионов натрия в натриево-ионной батарее. Наконец, медная основа может использоваться как токоприемник в батарее, экономя дополнительные этапы изготовления.

Исследователи протестировали натрий-ионный аккумулятор с 3D-графеновыми анодами, обнаружив, что система превосходит существующие натрий-ионные системы. Это все еще не так сильно, как литий-ион, но эти более дешевые ячейки могут стать популярными для приложений, где высокоэффективная литий-ионная технология не нужна. Ваш телефон будет работать на литиевых батареях немного дольше.