Natrijeve baterije z grafensko zaščito obetajo hitrejše polnjenje in do 10.000 ciklov

Natrij-ionske baterije postajajo vse privlačnejša alternativa litijevim, saj temeljijo na cenovno dostopnejših in bolj razširjenih surovinah, ponujajo večjo varnost ter dobro delujejo tudi pri nizkih temperaturah. Vendar so se morali proizvajalci do zdaj odločati med dvema možnostma: omogočiti nadvse hitro polnjenje ali zagotoviti dolgo življenjsko dobo baterijskih celic. Pri hitrem polnjenju se je namreč porušila struktura nanolistov, kar je skrajšalo njihovo življenjsko dobo v primerjavi z uveljavljeno tehnologijo LFP.

Raziskovalna skupina iz Kitajske pa je morda našla način, kako preseči ta kompromis. Razvili so namreč anodo iz nanolistov titanovega dioksida, velikih približno 10 nanometrov, ki tvorijo votle kroglice z dvojno lupino. Ključna novost je grafenska prevleka, debela komaj 0,4 nanometra, ki obdaja vsak posamezen nanolist. Preprosto mešanje grafena z drugimi materiali ni prineslo enakih rezultatov, medtem ko je neposredna zaščitna plast povečala električno prevodnost.

Rezultati preizkusov so zelo obetavni. Pri hitrem polnjenju s stopnjo 10C, kar pomeni teoretično polnjenje v približno šestih minutah, je anoda ohranila kapaciteto 131 mAh/g tudi po 10.000 ciklih. Pri stopnji 100C, ko bi polnjenje trajalo približno 36 sekund, je dosegla kapaciteto 121 mAh/g. Za primerjavo, nezaščiteni nanolisti so se porušili že po približno 400 ciklih. Večji natrijevi ioni namreč med hitrim prehajanjem močno obremenjujejo površino anode, grafenska zaščitna plast pa preprečuje nastajanje razpok in čezmerne reakcije z elektrolitom.

Vse omenjene meritve so bile seveda opravljene v laboratorijskih pogojih. Poleg tega anoda deluje pri višji povprečni napetosti kot običajne anode iz trdega ogljika, kar lahko zmanjša skupno energijsko gostoto celotne baterije. Preden bo nova tehnologija primerna za uporabo v serijskih električnih avtomobilih, bo treba njeno delovanje seveda potrditi še v večjih, komercialno zasnovanih baterijskih celicah in paketih.