Natrium-ionbatterijen (SIB) zijn populaire kandidaten voor een goedkope en duurzame batterijtechnologie, maar een terugkerend probleem is anode-instabiliteit. Een Chinees team van wetenschappers rapporteert nu de voorbereiding van een gestructureerd anodecomposietmateriaal van submicronformaat dat grote volumeveranderingen kan opvangen. De antimoonsulfide-elektrode is gemakkelijk te bereiden en vertoont superieure capaciteit en fietsprestaties, zoals blijkt uit een studie gepubliceerd in de Europees tijdschrift voor anorganische chemie .

In tegenstelling tot lithium-ionbatterijen (LIB's), natriumionbatterijen zijn afhankelijk van gemakkelijk verkrijgbare en duurzame grondstoffen. Een van de belangrijkste redenen waarom SIB's nog niet op grote schaal worden toegepast, is instabiliteit:het grote natriumion kan niet zo gemakkelijk in de elektroden integreren als het kleine lithiumion, het veroorzaken van aanzienlijke uitzetting en krimp van de constructies tijdens de ontlaad-/laadgebeurtenissen. Dit probleem heeft met name betrekking op de anode, die gewoon verpulvert tijdens langere fietsperiodes. Pas als dit probleem is opgelost, een echt werkende natriumionbatterij kan worden ontwikkeld. Nutsvoorzieningen, Guangda Li en zijn collega's van de Qilu University of Technology, Jinan, China, hebben micro- en nanogestructureerde materialen gecombineerd met ultramoderne batterijchemie. Ze assembleerden een anodecomposietmateriaal dat, door zijn bloemachtige submicrostructuur, kan de drastische volumeveranderingen verminderen en toch verbeterde geleidbaarheid en capaciteit vertonen. Bovendien, het was gemakkelijk te bereiden, meldden de wetenschappers.

antimoon, of, nog beter, antimoonsulfide, zijn aantrekkelijke anodematerialen voor SIB's. Hun zeer hoge theoretische specifieke capaciteiten zijn het resultaat van het aantal van maar liefst drie natriumatomen per antimoon dat bij ontlading in de structuur moet worden opgenomen (wat in batterijtermen sodiatie is), wanneer het antimoonsulfide eerst natriumsulfide vormt en vervolgens antimoonlegeringen. Om de effecten van de grote volumeveranderingen te verminderen, microstructurering tot een grootte tussen nano- en bulkmaterialen is voorgesteld. In dit verband, de Jinan-wetenschappers maakten bolvormige deeltjes antimoonsulfide met een diameter van twee tot drie micron. Bij nadere beschouwing bleek dat het oppervlak was samengesteld uit talrijke dunne platen die aan elkaar waren gegroeid om een ​​bloemachtige structuur te construeren. Deze "bos bloemen" kan dienen als een effectieve buffer tegen volumeveranderingen, maar zijn geleidbaarheid en diffusiepaden zijn nog steeds te laag voor batterijtoepassingen.

Daarom, de auteurs bedekten het met een koolstoflaag gemaakt van polypyrroolpolymeer. "De PPy-coatinglagen dienen niet alleen als structurele stabilisator [...], maar kan ook het geleiden van antimoonsulfide-submicrosferen verbeteren, " legden ze uit. Het uiteindelijke composietmateriaal had een goed gedefinieerde vorm en voldeed aan de technische eisen van een hoogwaardige anode. De auteurs benadrukten ook dat hun bereidingsmethode een eenvoudige sol-gel-technologie was, beginnend met antimoonacetaat (dat geen schadelijke chloride in het eindproduct) in combinatie met een soepel verlopende polymerisatie/coatingstap.

Dit werk duidt op de recente vooruitgang die is geboekt op het gebied van natriumionbatterijtechnologie. Het laat zien dat de combinatie van nano-engineeringstrategieën met batterij-elektrochemie kan leiden tot producten die de huidige lithium-iontechnologie kunnen aanvullen of vervangen.