Las baterías de iones de sodio tienen el potencial de reemplazar las baterías de iones de litio que se usan actualmente al utilizar el recurso de sodio más barato (menos de una trigésima parte del costo del litio) y más abundante. Esto tiene un potencial particular en Arabia Saudita, donde el sodio está fácilmente disponible y se extrae fácilmente como subproducto de la desalinización del agua, una importante fuente de agua potable en el país.

Sin embargo, grafito normal, el material de ánodo dominante en las baterías de iones de litio, lucha por almacenar o intercalar los iones de sodio porque los iones de sodio son más grandes que los iones de litio. El carbono duro es un tipo de grafito desordenado que puede almacenar más iones de sodio, aumentando así la capacidad de la batería. El problema es que la fabricación de carbono duro requiere temperaturas de casi 1000 ° C.

El equipo de KAUST dirigido por Husam Alshareef ha desarrollado un proceso que utiliza un láser de sobremesa simple para producir carbono duro tridimensional directamente en colectores de cobre sin temperaturas excesivas ni pasos de recubrimiento adicionales.

El equipo formó una lámina de polímero (poliimida que contiene urea) sobre cobre y luego expuso esta lámina a una fuerte luz láser. Al introducir gas nitrógeno durante el proceso, el equipo podría reemplazar algunos de los átomos de carbono con átomos de nitrógeno, alcanzando un nivel de nitrógeno extremadamente alto (13 por ciento atómico), que es inalcanzable con otras técnicas. Por lo tanto, el grafeno tridimensional era más conductor, había expandido el espaciamiento atómico, y estaba conectado directamente a los colectores de corriente de cobre, eliminando la necesidad de pasos de procesamiento adicionales.

"Queríamos encontrar una manera de fabricar carbonos duros tridimensionales sin tener que calentar excesivamente nuestras muestras. De esta manera podríamos formar el carbono duro directamente en los colectores de cobre, "dijo Fan Zhang, un doctorado estudiante en el grupo de Alshareef.

Los investigadores de KAUST fabricaron baterías de iones de sodio utilizando su material de ánodo formado por láser. Su dispositivo exhibió una eficiencia culómbica que excede la mayoría de los ánodos carbonosos reportados, como carbono duro y blando, y una capacidad de iones de sodio mejor que la mayoría de los ánodos de carbono anteriores en baterías de iones de sodio.

"Disfruté aprendiendo de todos los miembros del grupo del Prof. Alshareef, especialmente Fan Zhang, quien fue mi mentor mas cercano, "dijo Eman Alhajji, un pasante del Programa de Estudiantes Dotados de KAUST (KGSP) y actual estudiante de pregrado en la Universidad Estatal de Carolina del Norte, ESTADOS UNIDOS. Eman se unirá al grupo como Ph.D. estudiante el próximo otoño.

"Zhang y Alhajji dieron un ejemplo admirable de colaboración productiva entre los estudiantes graduados de KAUST y los pasantes visitantes de KGSP. Su trabajo abre una nueva dirección en la investigación de baterías, que puede extenderse a otras tecnologías de almacenamiento de energía, "dijo Alshareef.