Sciencemag.cz
Doporučujeme
Sodíkové baterie nejsou z hlediska výkonu ani kapacity ve srovnání s klasickými Li-Ion akumulátory konkurenceschopné. Bohužel, protože sodík je oproti lithiu mnohem běžnější a tudíž levnější. Hlavní problém spočívá v tom, že ionty sodíku jsou oproti lithiu větší a jiným způsobem interagují na grafitové elektrodě (anodě). Samozřejmě existují různé nápady na řešení této situace, např. anoda pouze ze samotného kovu nebo z úplně jiného materiálu.
Na švédské Chalmers University of Technology nyní přišli s technikou, kterou označují jako „janusovská tvář grafenu“. Připravili materiál se speciální strukturou; na konci každého grafenového listu se nachází molekula, která od sebe jednotlivé sodíkové ionty odděluje, ale zároveň pro ně funguje jako aktivní centrum. Příslušná molekula je k dolnímu listu grafenu připojena kovalentní vazbou, u horní drží pomocí elektrostatických interakcí. (Na vysvětlenou: grafen zde má asymetrickou chemickou funkcionalizaci na protilehlých stranách, a proto se označuje jako Janusův grafen podle starořímského boha, který měl dvě tváře. Obecně existuje kategorie janusovských/Janusových nanočástic, jejichž povrchy mají dvě nebo více sad různých vlastností.) Podle průvodní tiskové zprávy mají vrstvy grafenu také stejnou velikost pórů, řízenou hustotu funkcionalizace a malý „vnější“ povrch/minimum hran.
Výsledkem tohoto uspořádání je, že mezi dvěma vrstvami grafenu tím vzniká úzký prostor. Zde pak dochází k příslušným elektrochemickým reakcím, a díky tomu má pak nová experimentální baterie vyšší kapacitu i výkon. Konkrétně: Sodík ve standardním grafitu nabízí kapacitu přibližně 35 miliampérhodin na gram, což je méně než desetina kapacity lithium-iontové baterie s grafitem. U nového typu grafenové baterie je kapacita pro sodíkové ionty 332 miliampérhodin na gram, což už se blíží hodnotám Li-Ion baterií s grafitovou elektrodou. Procesy na elektrodě se zdají být dobře reverzibilní, takže baterie by mohla být stabilní i po mnoha cyklech.
Jinhua Sun et al, Real-time imaging of Na+ reversible intercalation in „Janus“ graphene stacks for battery applications, Science Advances (2021). DOI: 10.1126/sciadv.abf0812
Zdroj: Chalmers University of Technology / Phys.org
