Il grafene apre le porte a batterie agli ioni di sodio sostenibili

Anche se gli ioni di litio funzionano bene per lo stoccaggio di energia, il litio è un metallo costoso con preoccupazioni per quanto riguarda le sue forniture a lungo termine e le questioni ambientali.

Il sodio, d'altra parte, è un metallo abbondante a basso costo e l'ingrediente principale nell'acqua di mare (e nel sale da cucina). Ciò rende le batterie agli ioni di sodio un'alternativa interessante e sostenibile per ridurre la nostra necessità di materie prime critiche. Tuttavia, una grande sfida è aumentare la capacità.

All'attuale livello di prestazioni, le batterie agli ioni di sodio non possono competere con le celle agli ioni di litio. Un fattore limitante è la grafite, che è composta da strati impilati di grafene e utilizzato come anodo nelle batterie agli ioni di litio di oggi.

Gli ioni intercalate nella grafite, il che significa che possono spostarsi dentro e fuori dagli strati di grafene ed essere conservati per l'uso di energia. Gli ioni di sodio sono più grandi degli ioni al litio e interagiscono in modo diverso. Pertanto, non possono essere memorizzati in modo efficiente nella struttura della grafite. Ma i ricercatori di Chalmers hanno escogitato un nuovo modo per risolverlo.

Jinhua Sun, ricercatore presso il Dipartimento di Scienze industriali e materiali di Chalmers e primo autore di The Scientific Paper, pubblicato su Science Advances.

Abbiamo aggiunto un distanziatore di molecole su un lato dello strato di grafene.

"Quando gli strati sono impilati insieme, la molecola crea uno spazio più ampio tra i fogli di grafene e fornisce un punto di interazione, che porta a una capacità significativamente più elevata",

Dieci volte la capacità energetica della grafite standard

In genere, la capacità di intercalazione del sodio nella grafite standard è di circa 35 ore milliampere per grammo (MAH G-1). Questo è meno di un decimo della capacità di intercalazione agli ioni di litio nella grafite. Con il nuovo grafene, la capacità specifica per gli ioni di sodio è di 332 ore milliampere per grammo, che si avvicina al valore per il litio nella grafite. I risultati hanno anche mostrato la piena reversibilità e l'elevata stabilità del ciclo.

Professor Aleksandar Matic presso il Dipartimento di Fisica di Chalmers.

È stato davvero eccitante quando abbiamo osservato l'intercalazione degli ioni di sodio con una capacità così elevata.

“La ricerca è ancora in fase iniziale, ma i risultati sono molto promettenti. Ciò dimostra che è possibile progettare strati di grafene in una struttura ordinata che si adatta agli ioni di sodio, rendendolo paragonabile alla grafite ",

"Divine" Janus Grafene apre le porte a batterie sostenibili

Lo studio è stato avviato da Vincenzo Palermo nel suo precedente ruolo di vice-direttore del fiore all'occhiello del grafene, un progetto finanziato dalla Commissione europea coordinata dalla Chalmers University of Technology.

Il nuovo grafene ha la funzionalizzazione chimica asimmetrica su facce opposte ed è quindi spesso chiamato Janus grafene, dopo l'antico dio romano a due facce Janus-il dio dei nuovi inizi, associato a porte e porte e i primi passi di un viaggio. In questo caso, il grafene di Janus si correla bene con la mitologia romana, aprendo potenzialmente le porte alle batterie agli ioni di sodio ad alta capacità.

Vincenzo Palermo, professore affiliato presso il Dipartimento di Scienze industriali e materiali di Chalmers.