Natriumjonbatterier (SIB) är heta kandidater för en billig och hållbar batteriteknik, men ett återkommande problem är anodinstabilitet. Ett kinesiskt team av forskare rapporterar nu att ett strukturerat anodkompositmaterial i submikronstorlek förbereds som kan ta emot stora volymförändringar. Antimonsulfidelektroden är lätt att förbereda och uppvisar överlägsen kapacitet och cykelprestanda, som visas i en studie publicerad i European Journal of Inorganic Chemistry .
Till skillnad från litiumjonbatterier (LIB) natriumjonbatterier är beroende av lättillgängliga och hållbara råvaror. En av huvudorsakerna till att SIB ännu inte används i stor utsträckning är instabilitet:den stora natriumjonen kan inte integreras lika lätt i elektroderna som den lilla litiumjonen, orsakar betydande expansion och krympning av strukturerna under urladdnings-/laddningshändelserna. Detta problem hänför sig särskilt till anoden, som helt enkelt pulveriseras under längre cykelperioder. Endast om detta problem löser sig, ett verkligt fungerande natriumjonbatteri kan utvecklas. Nu, Guangda Li och hans kollegor vid Qilu University of Technology, Jinan, Kina, har kombinerat mikro- och nanostrukturerade material med toppmodern batterikemi. De satte ihop ett anodkompositmaterial som, genom sin blomliknande submikrostruktur, kan mildra de drastiska volymförändringarna samtidigt som den uppvisar förbättrad konduktivitet och kapacitet. Dessutom, det var lätt att förbereda, rapporterade forskarna.
Antimon, eller, ännu bättre, antimonsulfid, är attraktiva anodmaterial för SIB. Deras mycket höga teoretiska specifika kapacitet beror på antalet så mycket som tre natriumatomer per antimon som ska införlivas i strukturen vid urladdning (vilket i batteritermer är sodiation), när antimonsulfiden först bildar natriumsulfid och sedan antimonlegeringar. För att minska effekterna av de stora volymförändringarna, mikrostrukturering till en storlek mellan nano- och bulkmaterial har föreslagits. I detta avseende Jinan-forskarna beredde sfäriska partiklar av antimonsulfid med två till tre mikrometer i diameter. En närmare titt avslöjade att ytan var sammansatt av många tunna ark som växt ihop för att konstruera en blomliknande struktur. Denna "blommaklasa" kan fungera som en effektiv buffert mot volymförändringar, men dess konduktivitet och diffusionsvägar är fortfarande för låga för batteriapplikationer.
Därför, författarna belade den med ett kolskikt av polypyrrolpolymer. "PPy-beläggningsskikten fungerar inte bara som den strukturella stabilisatorn [...], men kan också förbättra ledningen av antimonsulfidsubmikrosfärer, " förklarade de. Det slutliga kompositmaterialet hade en väldefinierad form och uppfyllde de tekniska kraven på en högpresterande anod. Författarna betonade också att deras beredningsmetod var en enkel sol-gel-teknologi med utgångspunkt från antimonacetat (som inte lämnar några skadliga effekter) klorid i slutprodukten) i kombination med ett smidigt fortlöpande polymerisations-/beläggningssteg.
Detta arbete betecknar de senaste framstegen inom natriumjonbatteriteknologi. Den visar att kombinationen av nanoteknikstrategier med batterielektrokemi kan leda till produkter som kan komplettera eller ersätta nuvarande litiumjonteknologi.
