Que peut remplacer le lithium dans les batteries?

Le rôle des batteries au lithium, ou plutôt au lithium-ion, dans nos vies ne peut guère être surestimé. Ils sont utilisés partout: dans les téléphones portables, les ordinateurs portables, les appareils photo, ainsi que dans les transports terrestres, fluviaux et ferroviaires et les technologies spatiales. Les batteries au lithium-ion sont entrées sur le marché en 1991 et déjà en 2019, leurs inventeurs ont reçu le prix Nobel de chimie - pour leur contribution révolutionnaire au développement de la technologie. Dans le même temps, le lithium est un métal alcalin coûteux et ses réserves sont très limitées. Actuellement, il n'y a pas d'alternative aux batteries lithium-ion avec une efficacité similaire. En raison du fait que le lithium est l'un des éléments les plus légers du tableau périodique, il est très difficile de trouver un remplaçant pour créer des batteries de haute capacité.



Une équipe internationale de scientifiques de NUST MISIS, de l'Institut de chimie bioorganique de l'Académie des sciences de Russie et du Centre Helmholtz Dresden-Rossendorf a établi qu'au lieu du lithium dans les batteries, vous pouvez utiliser du sodium «emballé» d'une manière spéciale. Les batteries au sodium seront nettement moins chères, sans être inférieures en capacité au lithium-ion, et même à long terme les surpassant.







Au cours de la recherche, il a été constaté que si les atomes à l'intérieur de l'échantillon sont "emballés" d'une certaine manière, alors d'autres métaux alcalins présenteront également une intensité énergétique élevée. Le remplacement le plus prometteur du lithium est le sodium, car même avec un arrangement à deux couches d'atomes de sodium dans la structure du bigraphène (deux couches de graphène - haut et bas), la capacité d'une telle anode devient comparable à la capacité d'une anode en graphite conventionnelle dans les batteries lithium-ion: environ 335 mA * h / g (milliampère-heure par gramme de matériau) contre 372 mAh / g pour le lithium. De plus, le sodium est beaucoup plus abondant dans la nature que le lithium. Par exemple, le sel de table commun contient la moitié de cet élément.



Une manière spéciale d'empiler des atomes n'est rien de plus que de les disposer en plusieurs couches, les unes au-dessus des autres. Cette structure est créée en transférant des atomes d'un morceau de métal dans l'espace entre deux feuilles de graphène sous haute tension, ce qui imite le processus de chargement d'une batterie. Le résultat est un sandwich - une couche de carbone, deux couches de métal alcalin et encore une couche de carbone.

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La prochaine étape de l'équipe de recherche consiste à créer un échantillon expérimental et à l'étudier en laboratoire. Cela sera fait par l'équipe étrangère du Helmholtz Center Dresden-Rossendorf. En cas de succès, il sera possible de parler de la création d'une nouvelle génération de batteries au sodium, dont la capacité sera comparable au lithium-ion, voire même les surpasser, tout en coûtant plusieurs fois moins cher.



Un article sur la recherche a été publié dans la revue Nano Energy .