Янус-графен открывает путь к высокоёмким и стабильным натрий-ионным батареям

Хотя натрий гораздо более распространён в окружающей среде и намного дешевле, чем литий, на нынешнем технологическом уровне натрий-ионные батареи не могут конкурировать с литий-ионными. Одним из ограничивающих факторов является графит (материал, состоящий из плотно спрессованных вместе листов графена), который используется в качестве анода в современных литий-ионных батареях.

Ионы натрия больше по размерам, чем ионы лития, поэтому они не могут эффективно храниться в плотной структуре графита. Но исследователи из Технологического университета Чалмерса (Швеция) придумали новый способ решить эту проблему.

Материал, использованный в их исследовании, имеет уникальную наноструктуру. На верхней стороне каждого листа графена есть молекула, которая действует как разделитель и как активный сайт для ионов натрия. Каждая молекула связана ковалентной связью с нижним листом графена и взаимодействует электростатически с верхним.

Такая химическая асимметрия определила название материала — Янус-графен, по имени двуликого греческого бога.

Обычно способность к внедрению натрия в стандартный графит составляет около 35 миллиампер-часов на грамм, что на порядок меньше, чем у ионов лития. Но, в Янус-графене удельная ёмкость для ионов натрия составляет 332 миллиампер-часа на грамм, примерно как у лития в графите. Результаты испытаний также показали полную обратимость электрохимических реакций для нового анодного материала и высокую циклическую стабильность.

«Наш материал Янус все еще далёк от промышленного применения, но новые результаты показывают, что мы можем конструировать сверхтонкие графеновые листы с крошечным зазором между ними для высокоёмкого хранения энергии. Мы очень рады представить концепцию с рентабельными, доступными и стабильными металлами», — заявил Винченцо Палермо (Vincenzo Palermo), аффилированный профессор кафедры промышленности и материаловедения в Чалмерсе и автор статьи об этом исследовании, опубликованной в журнале Science Advances.