Onderzoekers presenteerden een nieuwe strategie om de cyclusbaarheid van natriumionbatterijen uit te breiden met kopersulfide als elektrodemateriaal. Deze strategie heeft geleid tot hoogwaardige omzettingsreacties en zal naar verwachting de commercialisering van natriumionbatterijen bevorderen, aangezien ze opkomen als een alternatief voor lithiumionbatterijen.

Het team van professor Jong Min Yuk bevestigde het stabiele natriumopslagmechanisme met behulp van kopersulfide, een superieur elektrodemateriaal dat verpulveringstolerant is en capaciteitsherstel induceert. Hun bevindingen suggereren dat bij het gebruik van kopersulfide, natriumionbatterijen gaan meer dan vijf jaar mee als ze eenmaal per dag worden opgeladen. Nog beter, kopersulfide, samengesteld uit overvloedige natuurlijke materialen zoals koper en zwavel, heeft een beter kostenconcurrentievermogen dan lithium-ionbatterijen, die lithium en kobalt gebruiken.

Intercalatie-type materialen zoals grafiet, die dienen als gecommercialiseerde anodematerialen in lithium-ionbatterijen, zijn niet levensvatbaar geweest voor natriumopslag met hoge capaciteit vanwege hun onvoldoende afstand tussen de lagen. Dus, conversie- en legeringsreactietype materialen zijn onderzocht om te voldoen aan een hogere capaciteit in het anodedeel. Echter, die materialen brengen over het algemeen grote volume-uitbreidingen en abrupte kristallografische veranderingen met zich mee, die leiden tot ernstige capaciteitsvermindering.

Het team bevestigde dat semi-coherente fase-interfaces en korrelgrenzen in conversiereacties een sleutelrol speelden bij het mogelijk maken van verpulveringstolerante conversiereacties en capaciteitsherstel, respectievelijk.

De meeste batterijmaterialen van het omzettings- en legeringsreactietype ervaren gewoonlijk ernstige capaciteitsverminderingen als gevolg van volledig verschillende kristalstructuren en grote volume-expansie voor en na de reacties. Echter, kopersulfiden ondergingen een geleidelijke kristallografische verandering om de semi-coherente interfaces te maken, die uiteindelijk verpulvering van deeltjes voorkomen. Op basis van dit unieke mechanisme, het team bevestigde dat kopersulfide een hoge capaciteit en hoge cyclusstabiliteit vertoont, ongeacht de grootte en morfologie.

Professor Yuk zei:"Natriumionbatterijen die kopersulfide gebruiken, kunnen natriumionbatterijen vooruithelpen, die zouden kunnen bijdragen aan de ontwikkeling van goedkope energieopslagsystemen en het probleem van microstof kunnen aanpakken"