Forskare från University of Wollongong har tillverkat ett nanomaterial som fungerar som en överlägsen katod för natrium-svavelbatterier vid rumstemperatur, vilket gör dem till ett mer attraktivt alternativ för storskalig energilagring.

Deras forskningsresultat publiceras i Naturkommunikation , där de presenterades på redaktörens höjdpunkter på webbsidan.

Natrium-svavelbatterier vid rumstemperatur är ett attraktivt förslag för nästa generations energilagring, som kommer att krävas för att möta ökande krav. Ett överlägset rumstemperatur natriumsvavelbatteri med hög energitäthet och lång cykellivslängd skulle ge en billig och konkurrenskraftig teknik för storskalig stationär lagring, vilket främjar övergången till förnybar energi.

Dock, rumstemperatur natriumsvavelbatterier lider för närvarande av snabb kapacitetsblekning och låg reversibel kapacitet.

Forskarna övervann detta problem genom att skapa ett nanomaterial-nickelsulfid-nanokristaller implanterade i kvävedopade porösa kolnanorör-som uppvisade utmärkt prestanda när de användes som katoder.

Chefsutredare Dr Yunxiao Wang och docent Shulei Chou, från UOW:s institut för supraledande och elektroniska material, sa att deras forskargrupp hade arbetat med natrium-svavelbatterier vid rumstemperatur sedan 2016.

"Tills vidare, de faktiska energitätheten hos natrium-svavelbatterier är långt ifrån de teoretiska värdena, "Dr Wang sa.

"Deras praktiska tillämpningar hindras huvudsakligen av den problematiska svavelkatoden på grund av dess isolerande natur och den långsamma redoxkinetiken, liksom upplösning och migration av reaktionsmellanprodukterna. "

Forskargruppen experimenterade med ett antal olika material innan deras genombrott. Det nya nanomaterialet ger inte bara överlägsen prestanda, men är också lämpad för storskalig produktion och därför kommersialisering.

Ph.D. kandidat Zichao Yan ägnade sig åt att genomföra de invecklade experiment som behövs för detta arbete.

"Vi försökte många kolvärdar, och slutligen hittade nickelsulfid-nanokristaller implanterade kvävedopade porösa kolnanorör som en multifunktionell svavelvärd, "Sa Yan.

"Vi fann att den kontinuerliga kolstommen i värden kan ge korta jondiffusionsvägar och en snabb överföringshastighet. Och kvävedopningsställena och nickelsulfidpolarytan kan förbättra adsorptionsenergin för polysulfider, vilket leder till stark katalytisk aktivitet mot polysulfidoxidation.

"Detta indikerar att natrium-svavelbatterier med denna svavelvärd potentiellt kan erbjuda en längre livscykel och hög prestanda vid snabb laddning och urladdning."

Nästa steg, Professor Chou sa, var att skala upp produktionen av materialet.

"Alla våra tidigare tidningar, inklusive den här, fokuserade på hur man hittar en effektiv värd för forskning i laboratorieskala. Nästa steg för vår grupp är att föra natrium-svavelbatterier från laboratorieskala till industriell skala, och gör en riktig applikation för detta batterisystem. "