Mycket effektiva 3V-katoder för uppladdningsbara natriumjonbatterier har utvecklats av användare från Argonne National Laboratory's Materials Science, Kemivetenskap och teknik, och röntgenvetenskapsavdelningar, samt University of Chicago, tillsammans med Center for Nanoscale Materials NanoBio Interfaces Group. Med en nästan teoretisk kapacitet på 250 mAh/g, utmärkt hastighetskapacitet och cykellivslängd, och höga energi- och effekttätheter på 760 Wh/kg och 1200 W/kg, respektive, dessa tvåskiktiga V ₂ O ₅ system kan användas i applikationer vid omgivningstemperatur.

Uppladdningsbara batterisystem med andra transportjoner än litium erbjuder ett alternativ till litiumjonbatterier som avsevärt skulle expandera den befintliga energilagringsmarknaden, som i första hand bygger på litiumjonteknik. Natriumbaserade batterier är särskilt attraktiva:natrium är ett billigt, giftfri, och rikligt med element som är jämnt fördelat över hela världen och därför skulle vara idealiskt som transportjon för laddningsbara batterier.

Denna forskargrupps tillvägagångssätt för att uppnå natriumjoninterkalering var att använda nanoskalamaterial som har tvådimensionella skiktstrukturer med justerbara mellanskikt som kan ta emot stora volymförändringar. Ex situ och in situ synkrotron karakteriseringsstudier avslöjade att upptag av natriumjoner inducerar organisering av den totala vanadia strukturen tillsammans med utseende av långväga ordning mellan skikten. Vid deinterkalering av natrium, ordningen på lång räckvidd går förlorad medan strukturen mellan skikten fortfarande är bevarad. Att inducera beställning av nanomaterial i operando har således möjliggjort förverkligandet av högsta möjliga elektrodkapacitet genom att optimera balansen mellan elektrostatiska krafter. Förbättrad elasticitet och exceptionell långsiktig stabilitet i denna öppna ramkonstruktion gör tvåskiktad V2O5 till ett lämpligt katodmaterial för laddningsbara natriumbatterier med hög energitäthet.