Drzwi są otwarte dla zrównoważonych akumulatorów sodowo-jonowych, które rywalizują z obecnymi technologiami litowo-jonowymi

W poszukiwaniu zrównoważonego magazynowania energii naukowcy z Politechniki Chalmers przedstawiają nową koncepcję produkcji wysokowydajnych materiałów elektrodowych do akumulatorów sodowych.

Oparta jest na nowym typie grafenu do przechowywania jednego z najpopularniejszych i najtańszych jonów metali na świecie – sodu. Wyniki pokazują, że pojemność może odpowiadać pojemności istniejących akumulatorów litowo-jonowych.
Chociaż jony litu dobrze sprawdzają się w magazynowaniu energii, lit jest drogim metalem, który budzi obawy o jego długoterminowe dostawy i kwestie środowiskowe.

Z drugiej strony sód jest bogatym, tanim minerałem i głównym składnikiem wody morskiej (i soli kuchennej). To sprawia, że ​​akumulatory z jonami sodowymi są interesującą i zrównoważoną alternatywą dla zmniejszenia naszego zapotrzebowania na surowce krytyczne. Jednak jednym z głównych wyzwań jest zwiększenie wydajności.

Przy obecnym poziomie wydajności akumulatory sodowo-jonowe nie mogą konkurować z ogniwami litowo-jonowymi. Jednym z czynników ograniczających jest grafit, który składa się z ułożonych warstw grafenu i jest używany jako anoda w dzisiejszych akumulatorach litowo-jonowych.

Jony w graficie są przerywane, co oznacza, że ​​mogą wchodzić i wychodzić z warstw grafenowych i być magazynowane w celu wykorzystania energii. Jony sodu są większe niż jony litu i inaczej reagują. Dlatego nie można go wydajnie przechowywać w strukturze grafitowej. Ale naukowcy z Chalmers wymyślili nowy sposób rozwiązania tego problemu.

„Dodaliśmy odstępnik cząsteczek po jednej stronie warstwy grafenu. Gdy warstwy są ułożone razem, cząsteczka tworzy więcej przestrzeni między arkuszami grafenu i zapewnia punkt interakcji, co skutkuje znacznie wyższą pojemnością” – mówi badacz Jinhua Sun z Chalmers. Wydział Przemysłu i Materiałoznawstwa i autor.Pierwsza naukowa praca książkowa, opublikowana w Science Advances.

Dziesięć razy większa pojemność energetyczna standardowego grafitu

Zazwyczaj pojemność interkalacyjna sodu w standardowym graficie wynosi około 35 mAh na gram (mA h h h 1). To mniej niż jedna dziesiąta możliwości interkalacji jonu litu do grafitu. Z nowym grafenem pojemność właściwa jonów sodu wynosi 332 mAh na gram – zbliżając się do wartości litu w graficie. Wyniki wykazały również całkowitą odwracalność i wysoką stabilność cyklu.

„To było naprawdę ekscytujące, gdy obserwowaliśmy oddziaływanie jonu sodu o tak dużej amplitudzie. Badania są jeszcze na wczesnym etapie, ale wyniki są bardzo obiecujące. To pokazuje, że można zaprojektować warstwy grafenu w uporządkowaną strukturę. pasuje do jonów sodu, dzięki czemu jest porównywalny z grafitem, jak mówi prof. Alexander Matek z Wydziału Fizyki w Chalmers.
Janos „Boski” Grafen otwiera drzwi do zrównoważonych baterii

Badanie zostało zainicjowane przez Vincenzo Palermo na jego poprzednim stanowisku zastępcy dyrektora Graphene Flagship, projektu finansowanego przez Komisję Europejską i koordynowanego przez Chalmers University of Technology.

Nowy grafen posiada asymetryczne funkcje chemiczne na przeciwległych ścianach, dlatego często nazywany jest Janus Graphene, od dwutwarzowego starożytnego rzymskiego bóstwa Janusa – boga nowych początków, związanego z drzwiami i bramami oraz pierwszymi krokami podróży. W tym przypadku grafen Janus jest dobrze powiązany z mitologią rzymską, co może otworzyć drzwi do akumulatorów sodowo-jonowych o dużej pojemności.

„Nasz materiał Janus jest wciąż daleki od zastosowań przemysłowych, ale nowe wyniki pokazują, że możemy zaprojektować ultracienkie arkusze grafenu – i niewielką przestrzeń pomiędzy nimi – do magazynowania energii o dużej pojemności. Jesteśmy bardzo zadowoleni „, mówi Vincenzo Palermo, profesor nadzwyczajny na Wydziale Nauk Przemysłowych i Materiałowych w Chalmers.Oferowanie koncepcji z opłacalnymi, obfitymi i zrównoważonymi minerałami.”

Oryginalny artykuł: Janos Graphene otwiera drzwi do zrównoważonych akumulatorów sodowo-jonowych

więcej niż: Politechnika Chalmers