Международный коллектив учёных из Национального исследовательского технологического университета «МИСиС», Института биохимической физики РАН и германского Центра имени Гельмгольца Дрезден-Россендорф установил, что вместо лития в аккумуляторах гаджетов можно применять натрий, особым способом «упакованный».
Роль лития, а точнее литий-ионных аккумуляторов, в нашей жизни трудно переоценить. Эти батареи используются повсюду: в мобильных телефонах, ноутбуках, фотоаппаратах, наземном, водном и железнодорожном транспорте, а также в космической технике. На рынке они появились в 1991 году, а в 2019-м их изобретателям была присуждена Нобелевская премия по химии.
Близкой по эффективности альтернативы литий-ионным батареям пока нет, но проблема в том, что литий — дорогостоящий металл, и его запасы в природе ограничены. При нынешнем росте потребления ресурсы лития рано или поздно будут исчерпаны. Поэтому учёные ищут способы заменить его другим веществом в качестве основы для аккумуляторов. И главный кандидат здесь — натрий. Он более распространён в природе. Например, обычная поваренная соль наполовину состоит из этого элемента.
Авторы нынешней научной работы установили, что, если атомы натрия в батарее «уложить» определённым способом, устройство покажет более высокую энергоёмкость. Учёные использовали графен, чередуя его слои со слоями натрия, словно в сэндвиче.
«Долгое время считалось, что атомы лития в аккумуляторах могут располагаться только в один слой, в противном случае система будет нестабильна, — говорит один из авторов исследования, научный сотрудник лаборатории „Неорганические наноматериалы“ НИТУ „МИСиС“ Илья Чепкасов. — Но недавние эксперименты наших коллег из Германии показали, что при тщательном подборе методов можно создавать многослойные стабильные структуры лития между слоями графена. Это открывает перспективы к увеличению ёмкости таких структур. И нам было интересно изучить возможность формирования многослойных структур с другими щелочными металлами, в том числе с натрием».
Следующий шаг исследователей — создание экспериментального образца и его изучение в лабораторных условиях. Этим займутся немецкие коллеги из Центра имени Гельмгольца Дрезден-Россендорф. В случае успеха можно будет говорить о создании нового поколения натриевых аккумуляторов, которые будут сопоставимы по ёмкости с литий-ионными или даже смогут превзойти их. А стоить при этом будут в разы дешевле, что должно отразиться и на стоимости смартфонов.