NUST MISIS，俄羅斯科學(xué)院和Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf組成的國(guó)際科學(xué)家團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，鈉(Na)代替鋰(Li)而“堆積”在特殊的方式可用于電池生產(chǎn)。鈉電池將便宜得多，并且具有同等甚至更大的容量。

很難高估鋰或鋰離子電池在我們生活中的作用。這些電池?zé)o處不在：移動(dòng)電話(huà)，筆記本電腦，照相機(jī)以及各種類(lèi)型的車(chē)輛和太空飛船。鋰離子電池于1991年進(jìn)入市場(chǎng)，其發(fā)明者在2019年因其對(duì)技術(shù)發(fā)展的革命性貢獻(xiàn)而獲得了諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。同時(shí)，鋰是一種昂貴的堿金屬，其儲(chǔ)量非常有限。當(dāng)前，沒(méi)有替代鋰離子電池的有效替代品。由于鋰是最輕的化學(xué)元素之一，因此很難找到替代鋰來(lái)制造大容量電池。

Dresden-Rossendorf的一組科學(xué)家提出了一種替代方案。發(fā)現(xiàn)如果樣品中的原子以某種方式“堆積”，那么其他堿金屬(不僅是鋰)也會(huì)顯示出高能量強(qiáng)度。鋰的最有希望的替代品是鈉(Na)，因?yàn)榧词乖贐igraphen三明治中有兩層鈉原子排列，這種陽(yáng)極的容量也可以與鋰離子電池中常規(guī)石墨陽(yáng)極的容量相比： 335 mA * h / g，而鋰為372 mA * h / g。但是，自然界中鈉比鋰更常見(jiàn)。例如，食鹽是半鈉。

堆疊原子的一種特殊方法實(shí)際上是將它們一個(gè)放在另一個(gè)之上。通過(guò)在高壓下將原子從一塊金屬轉(zhuǎn)移到兩片石墨烯之間的空間來(lái)創(chuàng)建這種結(jié)構(gòu)，這可以模擬電池的充電過(guò)程。最后，它看起來(lái)像一個(gè)三明治：一層碳，兩層堿金屬，再一層碳。

“長(zhǎng)期以來(lái)，人們認(rèn)為電池中的鋰原子只能位于一層中，否則系統(tǒng)將變得不穩(wěn)定。盡管如此，我們德國(guó)同事最近的實(shí)驗(yàn)表明，通過(guò)精心選擇方法，可以在石墨烯層之間創(chuàng)建多層穩(wěn)定的鋰結(jié)構(gòu)。這為提高此類(lèi)結(jié)構(gòu)的容量開(kāi)辟了廣闊的前景。因此，我們有興趣研究使用計(jì)算機(jī)模擬與其他堿金屬(包括鈉)形成多層結(jié)構(gòu)的可能性，” Ilya Chepkasov，NUST MISIS無(wú)機(jī)納米材料實(shí)驗(yàn)室的研究員。

“我們的模擬結(jié)果表明，鋰原子與石墨烯的結(jié)合力更大，但是增加鋰的層數(shù)會(huì)導(dǎo)致穩(wěn)定性降低。在鈉的情況下，觀(guān)察到相反的趨勢(shì)–隨著鈉層數(shù)的增加，鋰的穩(wěn)定性增加。這種結(jié)構(gòu)增加了，因此我們希望可以在實(shí)驗(yàn)中獲得這種材料。” NUST MISIS無(wú)機(jī)納米材料和RAS實(shí)驗(yàn)室的高級(jí)研究員Zakhar Popov補(bǔ)充說(shuō)。

研究小組的下一步是創(chuàng)建實(shí)驗(yàn)樣品并在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行研究。這將在德國(guó)斯圖加特的馬克斯·普朗克固體研究所進(jìn)行處理。如果成功的話(huà)，人們可以談?wù)撝圃煨乱淮腘a電池，它將比Li離子電池便宜得多，并且具有同等甚至更大的容量。