Международный коллектив учёных под руководством профессора Аркадия Крашенинникова, представляющих Национальный исследовательский технологический университет МИСиС, Институт биохимической физики имени Н.М. Эмануэля (ИБХФ РАН), Центр имени Гельмгольца Дрезден-Россендорф (Германия) и Институт Макса Планка (Германия), установил, что вместо дорогого и редкого лития в аккумуляторах можно использовать натрий, уложенный особым способом. Об этом сообщается в журнале Nano Energy.
За основу своей работы учёные взяли предыдущее исследование немецких специалистов, которые выяснили, что ёмкость батареи значительно увеличится, если атомы лития расположить в три слоя между двумя слоями графена.
«При трёхслойной укладке атомов лития в биграфене ёмкость составила 828 мАч/г (миллиампер-час на грамм материала), что выше более чем в два раза по сравнению с традиционными графитовыми анодами (372 мАч/г)», — сообщил RT первый автор работы, научный сотрудник лаборатории неорганических наноматериалов НИТУ МИСиС Илья Чепкасов.
Международная группа учёных методом компьютерного моделирования установила, что этот подход применим к созданию аналогичных структур, в которых литий можно заменить натрием. Литий, который используется в современных аккумуляторах, металл редкий и дорогой, утверждают исследователи. Стоимость основного рабочего катиона натрий-ионного аккумулятора примерно в 100 раз ниже, чем у литий-ионного, поскольку химические свойства натрия позволяют использовать лёгкий и недорогой алюминий вместо меди. Как утверждают исследователи, натрий является наиболее дешёвым и распространённым щелочным металлом. Таким образом, аккумуляторы на основе натрия будут значительно дешевле литиево-ионных.
Напомним, изобретателям аккумуляторов на основе лития в 2019 году присудили Нобелевскую премию по химии.
Результаты моделирования показали, что энергоёмкость новой структуры на основе натрия сопоставима с ёмкостью обычного традиционного графитового анода в литий-ионных аккумуляторах: около 335 мАч/г против 372 мАч/г у лития.
«Из нашего моделирования следует, что при увеличении числа слоёв натрия возрастает стабильность таких структур», — заключил другой автор работы, старший научный сотрудник НИТУ МИСиС и ИБХФ РАН Захар Попов.
По словам Ильи Чепкасова, в настоящее время коллегами из Германии уже проводятся эксперименты по практическому созданию многослойных структур из натрия и графена. В случае успеха можно будет говорить о создании нового поколения аккумуляторов, которые будут превосходить существующие в ёмкости и стоить в разы дешевле, отмечают исследователи.