Natrijeve baterije s grafenskom zaštitom obećavaju brže punjenje i do 10 000 ciklusa

Natrij-ionske baterije postaju sve privlačnija alternativa litij-ionskim baterijama jer se temelje na pristupačnijim i široko dostupnim sirovinama, nude veću sigurnost i dobro rade čak i na niskim temperaturama. Međutim, proizvođači su do sada morali birati između dvije mogućnosti: omogućiti ultrabrzo punjenje ili osigurati dugi vijek trajanja baterijskih ćelija. Brzo punjenje razgrađuje strukturu nanoslojeva, što skraćuje njihov vijek trajanja u usporedbi s etabliranom LFP tehnologijom.

Istraživački tim iz Kine možda je pronašao način da prevlada ovaj kompromis. Razvili su anodu izrađenu od nanopločica titanijevog dioksida, veličine oko 10 nanometara, koje tvore šuplje sfere s dvostrukom ljuskom. Ključna inovacija je premaz od grafena, debljine samo 0,4 nanometara, koji okružuje svaku pojedinačnu nanopločicu. Jednostavno miješanje grafena s drugim materijalima nije dalo iste rezultate, dok je izravni zaštitni sloj povećao električnu vodljivost.

Rezultati ispitivanja su vrlo obećavajući. Pri brzoj brzini punjenja od 10C, koja teoretski traje oko šest minuta, anoda je održavala kapacitet od 131 mAh/g čak i nakon 10 000 ciklusa. Pri brzini od 100C, kada bi punjenje trajalo oko 36 sekundi, dosegla je kapacitet od 121 mAh/g. Za usporedbu, nezaštićene nanoslojevi su se urušili nakon oko 400 ciklusa. Veći natrijevi ioni stavljaju veliko opterećenje na površinu anode tijekom brzog punjenja, a zaštitni sloj grafena sprječava stvaranje pukotina i prekomjerne reakcije s elektrolitom.

Sva ova mjerenja su, naravno, provedena u laboratorijskim uvjetima. Osim toga, anoda radi na višem prosječnom naponu od konvencionalnih anoda od tvrdog ugljika, što može smanjiti ukupnu gustoću energije cijele baterije. Naravno, nova tehnologija morat će se validirati u većim, komercijalno dizajniranim baterijskim ćelijama i paketima prije nego što se može koristiti u masovno proizvedenim električnim vozilima.