Литий-ионные аккумуляторы используются в самых разных устройствах уже почти 30 лет. Однако литий — дорогостоящий металл, запасы которого в природе весьма ограничены, а его уникальные свойства усложняют поиск альтернативы для создания столь же ёмких аккумуляторов. Более доступный и дешёвый аналог предложила группа российских учёных. 

Потенциальную альтернативу дорогостоящему литию предложили учёные НИТУ «МИСиС», ИБХФ РАН и Центра имени Гельмгольца Дрезден-Россендорф под руководством профессора Аркадия Крашенинникова. В ходе исследований специалисты обнаружили, что если атомы внутри образца «уложить» определённым способом, то другие щелочные металлы также демонстрируют высокую энергоёмкость. Наиболее перспективная замена лития — натрий, так как даже при двуслойной компоновке его атомов в структуре биграфена ёмкость такого анода сопоставима с ёмкостью обычного графитового анода в литий-ионных аккумуляторах: около 335 мАч/г против 372 мАч/г у лития. Преимуществом натрия стала его широкая распространённость в природе.

Особенный способ укладки атомов натрия заключается в их расположении в несколько слоёв друг над другом. Такая структура создаётся путём перехода атомов из металла в пространство между двумя листами графена под высоким напряжением, что имитирует процесс заряда аккумулятора. Получается «сэндвич» из слоя углерода, двух слоёв щёлочного металла и ещё одного слоя углерода.

Экспериментальным путём было установлено, что атомы лития сильно связаны с графеном, однако увеличение числа слоёв лития приводит к уменьшению стабильности всей структуры. В случае натрия наблюдается прямо обратная ситуация — при увеличении числа слоёв возрастает стабильность таких структур.

«Долгое время считалось, что атомы лития в аккумуляторах могут располагаться только в один слой, в противном случае система будет нестабильна. Несмотря на это, недавние эксперименты наших коллег из Германии показали, что при тщательном подборе методов можно создавать многослойные стабильные структуры лития между слоями графена. Это открывает широкие перспективы к увеличению ёмкости таких структур. Поэтому нам было интересно изучить возможность формирования многослойных структур с другими щелочными металлами, в том числе и с натрием, при помощи численного моделирования», — рассказал научный сотрудник лаборатории «Неорганические наноматериалы» НИТУ «МИСиС» Илья Чепкасов.

Теперь исследователи намерены заняться созданием экспериментального образца и его изучением в лабораторных условиях. В случае успеха у литий-ионных аккумуляторов появится гораздо более доступная альтернатива на основе натрия. 

Источник: 4pda.ru