Батериите имитират многослойна геометрия на костите на бозайниците за структурна стабилност
Чрез копиране на многослойната геометрия на костите на бозайници, катодите за натриево-йонни батерии могат да бъдат направени по-стабилни в структурата, като същевременно се поддържат висок капацитет и бързи темпове на зареждане.
Натриево-йонните батерии са готови да заменят литиево-йонните батерии за широкомащабно съхранение на електрическа енергия. Те предлагат няколко предимства пред литиево-йонните батерии.
Трудно е обаче да се развият натриеви катоди, материали, чрез които електроните могат да влязат в батерията.
Много кандидат-материали са нестабилни или не могат да издържат на високо напрежение.
За да намерят решение, изследователи от университета Sungkyunkwan, Тексаския университет в Остин и Националната лаборатория Brookhaven се обърнаха към природата.
Те описват натриевия катод, вдъхновен от костите на бозайниците, в списанието Applied Physics Reviews от AIP Publishing.
Костните структури на бозайниците се състоят от вътрешна пореста, гъбеста кост, която позволява съхранението и транспортирането на костен мозък, заобиколена от твърда, компактна кост, която предлага механична и структурна цялост при силен стрес.
Схематична илюстрация, демонстрираща как структурата на костта на бозайник се превежда в дизайна на вдъхновения от костите NVP катод.
Следвайки тази дизайнерска архитектура,
групата създава пореста система от Na3V2 (PO4) 3 структури, известна също като NVP, заобиколена от плътна обвивка от редуциран графенов оксид (rGO).
NVP е натриев катоден материал, който транспортира натриеви йони бързо, но е структурно нестабилен.
Подобната на кост настройка помага за подобряване на структурната цялост на системата,
намаляване на трайните повреди, причинени от електрохимичен и механичен стрес.
Междувременно комбинацията от NVP и rGO създава по-благоприятна среда за натриевите йони, повишавайки стабилността на системата.
Батерията може да се зарежда при свръхвисоки скорости и да поддържа над 90% от капацитета си след 10 000 цикъла на разреждане и презареждане,
в зависимост от скоростта на зареждане.
Въпреки този обещаващ технически напредък, изследователите отбелязват, че в момента работата е само доказателство за концепция, демонстрираща осъществимостта на натриев катод, вдъхновен от костта на бозайник. Трябва да се извърши допълнителна работа, за да се реализират технологичните оползотворявания на системата.
„Мащабен синтез на костно-
вдъхновен NVP с високо качество, оптимизацията на вдъхновения от костите състав и структура на NVP, както и производството и тестването на електроди с голяма площ и голямо натоварване се смятат за необходими за по-практически приложения “, каза Парк.
Справка: „Биомиметичната композитна архитектура постига свръхвисока скорост и цикличен живот на катодни натриево-йонни батерии“ от Kang Ho Shin, Sul Ki Park, Puritut Nakhanivej, Yixian Wang, Pengcheng Liu, Seong-Min Bak, Min Sung Choi, David Mitlin и Парк Хо Сеок, 8 декември 2020 г., Прегледи на приложна физика.