Batterier efterligner pattedyrs knogler for stabilitet

Natrium-ion-batterier er klar til at erstatte lithium-ion-batterier til storskala lagring af elektrisk energi. De tilbyder flere fordele i forhold til lithium-ion-batterier, især på grund af den udbredte overflod af natrium.

Imidlertid, det er svært at udvikle natriumkatoder, materialer, hvorigennem elektroner kan trænge ind i et batteri. Mange kandidatmaterialer er ustabile eller kan ikke modstå høje spændinger.

For at finde en løsning, forskere fra Sungkyunkwan University, University of Texas i Austin, og Brookhaven National Laboratory vendte sig mod naturen. De beskriver deres pattedyrben-inspirerede natriumkatode i journalen Anvendt fysik anmeldelser .

"Vi tror på, at naturen giver en meget lovende løsning til at løse tekniske problemer, " sagde Ho Seok Park, en af ​​forfatterne. "Derfor, vi forsøgte at finde den ideelle arkitektur, der kan løse disse kinetiske og stabilitetsbegrænsninger. "

Pattedyrets knoglestrukturer består af en indre porøs, svampet knogle, der tillader opbevaring og transport af knoglemarv, omgivet af en hård, kompakt knogle, som tilbyder mekanisk og strukturel integritet under alvorlig belastning.

Efter denne designarkitektur, gruppen skabte et porøst system af Na3V2(PO4)3-strukturer, også kendt som NVP, omgivet af en tæt skal af reduceret grafenoxid (rGO). NVP er et natriumkatodemateriale, der transporterer natriumioner hurtigt, men er strukturelt ustabilt.

Den udlignede opsætning hjælper med at forbedre systemets strukturelle integritet, reduktion af permanent skade forårsaget af elektrokemisk og mekanisk stress. I mellemtiden, kombinationen af ​​NVP og rGO skaber et mere gunstigt miljø for natriumioner, forbedring af systemets stabilitet. Batteriet kan oplades med ultrahøje hastigheder og bevare over 90 % af sin kapacitet efter 10, 000 cyklusser af afladning og genopladning, afhængig af afgiftssatsen.

På trods af disse lovende tekniske fremskridt, forskerne bemærker, at arbejdet i øjeblikket kun er et proof of concept, der demonstrerer gennemførligheden af ​​en natriumkatode inspireret af pattedyrknogler. Der skal gøres yderligere arbejde for at realisere teknologiske udnyttelser af systemet.

"En storstilet syntese af knogle-inspireret NVP med høj kvalitet, optimering af knogleinspireret NVP sammensætning og struktur, og fremstilling og test af elektroder med stort areal og høj belastning menes at være påkrævet til mere praktiske anvendelser, " sagde Park.