Российские исследователи вместе с зарубежными коллегами выяснили, что, если вместо лития в аккумуляторы поместить определенным образом уложенный натрий, их стоимость можно будет снизить в разы при сохранении емкости. Работа ученых опубликована в журнале Nano Energy.

Литий-ионные батареи вышли на рынок в 1991 году, а уже в 2019-м их создатели получили Нобелевскую премию по химии — за революционный вклад в развитие технологий. Тем не менее эта технология имеет свои ограничения. В первую очередь они связаны с дороговизной и редкостью лития в земной коре. Однако найти альтернативу этому элементу исследователям до сих пор не удалось: аккумуляторы на основе других металлов или их соединений имеют гораздо меньшую емкость.

Сотрудники НИТУ «МИСиС», Института биохимической физики имени Н. М. Эмануэля РАН и Центра имени Гельмгольца Дрезден-Россендорф выяснили, что возможной заменой литию может стать натрий. Они установили, что если атомы щелочного металла разместить в материале определенным способом, то аккумулятор на его основе также будет обладать высокой емкостью. Авторы провели расчеты и установили, что самым перспективным металлом для таких целей является натрий.

Ученые выяснили, что даже при двуслойной компоновке атомов натрия в структуре биграфена (в форме сэндвича) емкость такого анода становится сопоставимой с аналогичным показателем для обычного графитового электрода в литий-ионных аккумуляторах — примерно 335 мАч/гр против 372 мАч/гр у лития. При этом натрия в земной коре содержится в 660 раз больше, чем лития.

«Наше моделирование показывает, что атомы лития гораздо сильнее связываются с графеном, но повышение количества слоев лития уменьшает стабильность электрода. Обратная тенденция наблюдается в случае натрия — если увеличивать число слоев, то возрастает стабильность таких структур. Это дает надежду на то, что такие материалы можно будет получить в эксперименте», — рассказал один из исследователей, старший научный сотрудник лаборатории «Неорганические наноматериалы» НИТУ «МИСиС» и ИБХФ РАН Захар Попов.

На сегодня исследователи провели только компьютерное моделирование и теперь планируют создать экспериментальный образец аккумулятора для изучения его в лабораторных условиях. Если все пройдет успешно, то можно будет говорить о создании нового поколения дешевых натриевых аккумуляторов, которые будут сопоставимы по емкости с литий-ионными или даже будут превосходить их.