Zeer efficiënte 3V-kathoden voor oplaadbare natrium-ionbatterijen zijn ontwikkeld door gebruikers van Argonne National Laboratory's Materials Science, Chemische Wetenschappen &Techniek, en X-ray Sciences Divisies, evenals de Universiteit van Chicago, samen met het Center for Nanoscale Materials NanoBio Interfaces Group. Met een bijna theoretische capaciteit van 250 mAh/g, uitstekende tariefcapaciteit en cyclusleven, en hoge energie- en vermogensdichtheden van 760 Wh/kg en 1200 W/kg, respectievelijk, deze dubbelgelaagde V ₂ O ₅ systemen kunnen worden gebruikt in toepassingen bij omgevingstemperatuur.

Oplaadbare batterijsystemen met andere transportionen dan lithium bieden een alternatief voor lithium-ionbatterijen die de bestaande markt voor energieopslag aanzienlijk zouden uitbreiden, die voornamelijk gebaseerd is op lithium-iontechnologie. Op natrium gebaseerde batterijen zijn bijzonder aantrekkelijk:natrium is een goedkope, niet giftig, en overvloedig element dat gelijkmatig over de wereld is verdeeld en daarom ideaal zou zijn als transportion voor oplaadbare batterijen.

De benadering van dit onderzoeksteam om natriumion-intercalatie te bereiken, was om materialen op nanoschaal te gebruiken met tweedimensionale gelaagde structuren met instelbare tussenlaagafstanden die grote volumeveranderingen kunnen opvangen. Ex situ en in situ synchrotron karakteriseringsstudies onthulden dat de opname van natriumionen de organisatie van de algehele vanadia-structuur induceert, samen met het verschijnen van een ordening op lange afstand tussen de lagen. Na de-intercalatie van natrium, de lange-afstandsorde gaat verloren terwijl de structuur tussen de lagen behouden blijft. Het induceren van ordening van nanomaterialen in operando heeft dus de realisatie van de hoogst mogelijke elektrodecapaciteit mogelijk gemaakt door de balans van elektrostatische krachten te optimaliseren. Verbeterde elasticiteit en uitzonderlijke stabiliteit op lange termijn van deze open raamwerkstructuur maakt dubbellaagse V2O5 een geschikt kathodemateriaal voor oplaadbare natriumbatterijen met hoge energiedichtheid.