Однако сложно разработать натриевые катоды, материалы, через которые электроны могут проникать в батарею. Многие материалы-кандидаты нестабильны или не выдерживают высоких напряжений.
Чтобы найти решение, исследователи из Университета Сунгюнкван, Техасского университета в Остине и Брукхейвенской национальной лаборатории обратились к природе.
Они описывают натриевый катод на основе костей млекопитающих в журнале Applied Physics Reviews от AIP Publishing.
«Мы считаем, что природа является очень многообещающим решением технических проблем», – сказал Хо Сок Парк, один из авторов. «Соответственно, мы попытались найти идеальную архитектуру, которая может решить эти кинетические ограничения и ограничения стабильности."
Костные структуры млекопитающих состоят из внутренней пористой губчатой кости, которая позволяет хранить и транспортировать костный мозг, окруженная твердой, компактной костью, которая обеспечивает механическую и структурную целостность в условиях сильной нагрузки.
Следуя этой проектной архитектуре, группа создала пористую систему структур Na3V2 (PO4) 3, также известную как NVP, окруженную плотной оболочкой из восстановленного оксида графена (rGO). NVP – это натриевый катодный материал, который быстро переносит ионы натрия, но является структурно нестабильным.
Костеподобная установка помогает улучшить структурную целостность системы, уменьшая необратимые повреждения, вызванные электрохимическими и механическими нагрузками.
Между тем, комбинация NVP и rGO создает более благоприятную среду для ионов натрия, повышая стабильность системы. Аккумулятор может заряжаться со сверхвысокой скоростью и поддерживать более 90% своей емкости после 10000 циклов разрядки и подзарядки, в зависимости от скорости зарядки.
Несмотря на эти многообещающие технические достижения, исследователи отмечают, что эта работа в настоящее время является всего лишь доказательством концепции, демонстрирующей осуществимость натриевого катода, вдохновленного костью млекопитающих. Необходима дополнительная работа для реализации технологического использования системы.
«Считается, что крупномасштабный синтез высококачественного невирапина на основе костей, оптимизация состава и структуры невирапина на основе костей, а также изготовление и испытание электродов с большой площадью и высокой нагрузкой необходимы для более практических применений», Парк сказал.