Natriumjonbatterier är redo att ersätta litiumjonbatterier för storskalig lagring av elektrisk energi. De erbjuder flera fördelar jämfört med litiumjonbatterier, särskilt på grund av det utbredda överflödet av natrium.

Dock, det är svårt att utveckla natriumkatoder, material genom vilka elektroner kan komma in i ett batteri. Många kandidatmaterial är instabila eller tål inte höga spänningar.

För att hitta en lösning, forskare från Sungkyunkwan University, University of Texas i Austin, och Brookhaven National Laboratory vände sig till naturen. De beskriver sin däggdjursbeninspirerade natriumkatod i tidskriften Tillämpad fysik recensioner .

"Vi tror att naturen ger en mycket lovande lösning för att lösa tekniska problem, sa Ho Seok Park, en av författarna. "Följaktligen, vi försökte hitta den ideala arkitekturen som kan lösa dessa kinetiska och stabilitetsbegränsningar."

Däggdjurs benstrukturer består av en inre porös, svampigt ben som tillåter lagring och transport av benmärg, omgiven av en hård, kompakt ben, som erbjuder mekanisk och strukturell integritet under svår påfrestning.

Efter denna designarkitektur, gruppen skapade ett poröst system av Na3V2 (PO4) 3 strukturer, även känd som NVP, omgiven av ett tätt skal av reducerad grafenoxid (rGO). NVP är ett natriumkatodmaterial som transporterar natriumjoner snabbt men är strukturellt instabilt.

Den benliknande installationen hjälper till att förbättra systemets strukturella integritet, minska permanenta skador orsakade av elektrokemiska och mekaniska påfrestningar. Under tiden, kombinationen av NVP och rGO skapar en mer gynnsam miljö för natriumjoner, förbättra systemets stabilitet. Batteriet kan laddas med ultrahöga hastigheter och behålla över 90 % av sin kapacitet efter 10, 000 cykler av urladdning och laddning, beroende på avgiften.

Trots dessa lovande tekniska framsteg, forskarna noterar att arbetet för närvarande bara är ett proof of concept som visar genomförbarheten av en natriumkatod inspirerad av däggdjursben. Ytterligare arbete behöver göras för att realisera tekniska användningar av systemet.

"En storskalig syntes av beninspirerad NVP med hög kvalitet, optimering av beninspirerad NVP-sammansättning och struktur, och tillverkning och test av elektroder med stor yta och hög belastning anses krävas för mer praktiska tillämpningar, " sa Park.