Nanostrukturerede elektroder til genopladelige natrium-ion-batterier

Meget effektive 3V katoder til genopladelige natrium-ion-batterier er blevet udviklet af brugere fra Argonne National Laboratory's Materials Science, Kemividenskab og teknik, og røntgenvidenskabelige afdelinger, samt University of Chicago, sammen med Center for Nanoscale Materials NanoBio Interfaces Group. Med en næsten teoretisk kapacitet på 250 mAh/g, fremragende hastighedskapacitet og cykluslevetid, og høj energi- og effekttæthed på 760 Wh/kg og 1200 W/kg, henholdsvis, disse dobbeltlagede V ₂ O ₅ systemer kan bruges i applikationer ved omgivelsestemperatur.

Genopladelige batterisystemer med andre transportioner end lithium tilbyder et alternativ til lithium-ion-batterier, der vil udvide det eksisterende energilagringsmarked væsentligt, som primært er baseret på lithium-ion teknologi. Natriumbaserede batterier er særligt attraktive:Natrium er en billig, ikke-giftige, og rigeligt element, der er ensartet fordelt over hele verden og derfor ville være ideel som transportion til genopladelige batterier.

Dette forskerholds tilgang til at opnå natriumion-interkalation var at bruge nanoskala materialer, der har todimensionelle lagdelte strukturer med justerbare mellemlagsafstande, der er i stand til at rumme store volumenændringer. Ex situ og in situ synkrotronkarakteriseringsundersøgelser afslørede, at natriumionoptagelse inducerer organisering af den overordnede vanadiastruktur sammen med udseendet af lang rækkefølge mellem lagene. Ved deinterkalation af natrium, rækkefølgen på lang rækkevidde går tabt, mens intralagstrukturen stadig er bevaret. At inducere bestilling af nanomaterialer i operando har således gjort det muligt at realisere den højest mulige elektrodekapacitet ved at optimere balancen mellem elektrostatiske kræfter. Forbedret elasticitet og enestående langtidsstabilitet af denne åbne rammestruktur gør dobbeltlags V2O5 til et velegnet katodemateriale til genopladelige natriumbatterier med høj energitæthed.