バッテリーのリチウムを置き換えることができるものは何ですか？

私たちの生活におけるリチウム、またはむしろリチウムイオン電池の役割は、過大評価することはできません。それらは、携帯電話、ラップトップ、カメラだけでなく、陸上、水上、鉄道の輸送および宇宙技術など、あらゆる場所で使用されています。リチウムイオン電池は1991年に市場に参入し、2019年には、技術開発への革新的な貢献により、発明者がノーベル化学賞を受賞しました。同時に、リチウムは高価なアルカリ金属であり、その埋蔵量は非常に限られています。現在、同等の効率を持つリチウムイオン電池に代わるものはありません。リチウムは周期表の中で最も軽い元素の1つであるため、大容量のバッテリーを作成するための代替品を見つけることは非常に困難です。



NUST MISIS、ロシア科学アカデミーの生物有機化学研究所、およびヘルムホルツセンタードレスデン-ロッセンドルフの国際的な科学者チームは、バッテリーにリチウムの代わりに、特別な方法で「パック」されたナトリウムを使用できることを確立しました。ナトリウム電池は、容量がリチウムイオンに劣らず、長期的にはそれを上回っていますが、大幅に安価になります。







研究の過程で、サンプル内の原子が特定の方法で「パック」されている場合、他のアルカリ金属も高いエネルギー強度を示すことがわかりました。リチウムの最も有望な代替品はナトリウムです。これは、ビグラフェン構造にナトリウム原子が2層配置されていても（グラフェンの2層-上部と下部）、そのようなアノードの容量は、リチウムイオン電池の従来のグラファイトアノードの容量に匹敵するようになるためです：約335 mA * h / g （材料1グラムあたりのミリアンペア時間）対リチウムの372 mAh / g。さらに、ナトリウムはリチウムよりもはるかに豊富です。たとえば、一般的なテーブルソルトにはこの要素の半分が含まれています。



原子を積み重ねる特別な方法は、それらをいくつかの層に上下に配置することに他なりません。この構造は、金属片から2枚の高電圧グラフェンの間の空間に原子を移動することによって作成されます。これは、バッテリーの充電プロセスを模倣しています。結果はサンドイッチです-炭素の層、アルカリ金属の2つの層、そして再び炭素の層。

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研究チームの次のステップは、実験サンプルを作成し、それを実験室で研究することです。これは、ヘルムホルツセンタードレスデン-ロッセンドルフの外国チームによって行われます。成功すれば、容量がリチウムイオンに匹敵する、あるいはそれを超える、数倍安価な新世代のナトリウム電池の作成について話すことが可能になります。



研究に関する記事がジャーナルNanoEnergyに掲載されました。