Natrium-ionbatterijen zijn klaar om lithium-ionbatterijen te vervangen voor grootschalige opslag van elektrische energie. Ze bieden verschillende voordelen ten opzichte van lithium-ionbatterijen, vooral vanwege de wijdverbreide overvloed aan natrium.

Echter, het is moeilijk om natriumkathoden te ontwikkelen, stoffen waardoor elektronen een batterij kunnen binnendringen. Veel kandidaatmaterialen zijn onstabiel of kunnen geen hoge spanningen weerstaan.

Om een ​​oplossing te vinden, onderzoekers van de Sungkyunkwan University, de Universiteit van Texas in Austin, en Brookhaven National Laboratory wendde zich tot de natuur. Ze beschrijven hun op zoogdierbotten geïnspireerde natriumkathode in het tijdschrift Technische Natuurkunde Beoordelingen .

"Wij geloven dat de natuur een veelbelovende oplossing biedt om technische problemen op te lossen, " zei Ho Seok Park, een van de auteurs. "Overeenkomstig, we hebben geprobeerd de ideale architectuur te vinden die deze kinetische en stabiliteitsbeperkingen kan oplossen."

Zoogdierbotstructuren bestaan ​​uit een binnenste poreuze, sponsachtig bot dat de opslag en het transport van beenmerg mogelijk maakt, omgeven door een harde, compact bot, die mechanische en structurele integriteit biedt onder zware belasting.

In navolging van deze ontwerparchitectuur, de groep creëerde een poreus systeem van Na3V2(PO4)3-structuren, ook bekend als NVP, omgeven door een dichte schil van gereduceerd grafeenoxide (rGO). NVP is een natriumkathodemateriaal dat natriumionen snel transporteert maar structureel instabiel is.

De botachtige opzet helpt de structurele integriteit van het systeem te verbeteren, het verminderen van permanente schade veroorzaakt door elektrochemische en mechanische belasting. In de tussentijd, de combinatie van NVP en rGO creëert een gunstiger milieu voor natriumionen, verbetering van de stabiliteit van het systeem. De batterij kan met ultrahoge snelheden worden opgeladen en na 10 minuten meer dan 90% van zijn capaciteit behouden. 000 cycli van ontladen en opladen, afhankelijk van het laadtarief.

Ondanks deze veelbelovende technische vooruitgang, de onderzoekers merken op dat het werk momenteel slechts een proof of concept is dat de haalbaarheid aantoont van een natriumkathode geïnspireerd op zoogdierbot. Er moet extra werk worden verricht om technologische toepassingen van het systeem te realiseren.

"Een grootschalige synthese van op bot geïnspireerde NVP met hoge kwaliteit, de optimalisatie van op bot geïnspireerde NVP-samenstelling en structuur, en de fabricage en het testen van elektroden met een groot oppervlak en een hoge belasting wordt verondersteld nodig te zijn voor meer praktische toepassingen, ' zei Park.