Un equipo internacional de científicos de NUST MISIS, La Academia de Ciencias de Rusia y Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf han descubierto que en lugar de litio (Li), El sodio (Na) "apilado" de una manera especial se puede utilizar para la producción de baterías. Las baterías de sodio serían significativamente más baratas y equivalentes o incluso más amplias que las baterías de litio existentes. Los resultados del estudio se publican en la revista Nano energía .

Es difícil exagerar el papel de las baterías de iones de litio en la vida moderna. Estas baterías se utilizan en todas partes:en teléfonos móviles, laptops, cámaras, así como en varios tipos de vehículos y naves espaciales. Las baterías de iones de litio entraron en el mercado en 1991, y en 2019, sus inventores fueron galardonados con el Premio Nobel de Química por su contribución revolucionaria al desarrollo de la tecnología. Al mismo tiempo, el litio es un metal alcalino caro, y sus reservas son limitadas a nivel mundial. En la actualidad, No existe una alternativa remotamente eficaz a las baterías de iones de litio. Debido al hecho de que el litio es uno de los elementos químicos más ligeros, es muy difícil reemplazarlo para crear baterías de gran capacidad.

El equipo de científicos de NUST MISIS, Academia de Ciencias de Rusia y Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf, dirigido por el profesor Arkadiy Krashennikov, propone una alternativa. Descubrieron que si los átomos dentro de la muestra están "apilados" de cierta manera, luego, los metales alcalinos distintos del litio también demuestran una alta intensidad energética. El reemplazo más prometedor del litio es el sodio (Na), dado que una disposición de dos capas de átomos de sodio en un sándwich de bigrafeno demuestra una capacidad de ánodo comparable a la capacidad de un ánodo de grafito convencional en baterías de iones de litio, aproximadamente 335 mA * h / g contra 372 mA * h / g para el litio. Sin embargo, el sodio es mucho más común que el litio, y por lo tanto más barato y más fácil de obtener.

Una forma especial de apilar átomos es colocarlos uno encima del otro. Esta estructura se crea transfiriendo átomos de una pieza de metal al espacio entre dos hojas de grafeno bajo alto voltaje, que simula el proceso de carga de una batería. En el final, parece un sándwich formado por una capa de carbono, dos capas de metal alcalino, y otra capa de carbono.

Ilya Chepkasov, investigador del Laboratorio de Nanomateriales Inorgánicos NUST MISIS, dice, "Por mucho tiempo, se creía que los átomos de litio en las baterías solo se pueden ubicar en una capa, de lo contrario, el sistema será inestable. A pesar de esto, experimentos recientes de nuestros colegas alemanes han demostrado que con una cuidadosa selección de métodos, Es posible crear estructuras de litio estables multicapa entre capas de grafeno. Esto abre amplias perspectivas para aumentar la capacidad de tales estructuras. Por lo tanto, nos interesaba estudiar la posibilidad de formar estructuras multicapa con otros metales alcalinos, incluido el sodio, usando simulación por computadora ".

Zakhar Popov, investigador senior del Laboratorio de Nanomateriales Inorgánicos y RAS de NUST MISIS, dice, "Nuestra simulación muestra que los átomos de litio se unen con mucha más fuerza al grafeno, pero aumentar el número de capas de litio conduce a una menor estabilidad. La tendencia opuesta se observa en el caso del sodio:a medida que aumenta el número de capas de sodio, la estabilidad de tales estructuras aumenta, por lo que esperamos que dichos materiales se obtengan en el experimento ".

El siguiente paso del equipo de investigación es crear una muestra experimental y estudiarla en el laboratorio. Esto se manejará en el Instituto Max Planck para la Investigación del Estado Sólido, Stuttgart, Alemania. Si tiene éxito, podría dar lugar a una nueva generación de baterías de Na que serán significativamente más baratas y equivalentes o incluso más potentes que las baterías de iones de litio.