在電池中以鈉替代鋰

來自NUSTMISIS、俄羅斯科學院和德累斯頓-羅森多夫赫爾姆霍茨中心的一個國際科學家團隊發現，以特殊方式"堆疊"的鈉（Na）可以代替鋰（Li）用于電池生產。鈉電池將比現有的鋰電池便宜很多，而且等效甚至容量更大。該研究結果發表在《NanoEnergy》雜志上。

鋰離子電池在現代生活中的作用難以言表。這些電池的應用無處不在：手機、筆記本電腦、相機，以及各種類型的車輛和太空船。鋰離子電池于1991年進入市場，2019年，其發明者因其對技術發展的革命性貢獻而獲得諾貝爾化學獎。同時，鋰是一種昂貴的堿性金屬，其儲量在全球范圍內是有限的。目前，鋰離子電池還沒有有效的替代品。由于鋰是最輕的化學元素之一，很難替代鋰來制造大容量電池。

由ArkadiyKrashennikov教授領導的來自NUSTMISIS、俄羅斯科學院和德累斯頓-羅森多夫赫爾姆霍茨中心的科學家團隊提出了一種替代方案。他們發現，如果樣品內部的原子以某種方式"堆積"，那么除鋰以外的堿金屬也會表現出高能量強度。最有希望替代鋰的是鈉(Na)，因為鈉原子在bigraphen夾層中的兩層排列顯示出與鋰離子電池中傳統石墨陽極的容量相當，約335mA*h/g，而鋰則為372mA*h/g。然而，鈉比鋰更常見，因此更便宜也更容易獲得。

一種特殊的原子堆疊方式實際上是將原子一個個疊加在一起。這種結構是通過在高電壓下將原子從一塊金屬轉移到兩片石墨烯之間的空間，模擬電池充電的過程而產生的。最后，它看起來像一個三明治，由一層碳、兩層堿金屬和另一層碳組成。

國科大MISIS無機納米材料實驗室研究員IlyaChepkasov說："長期以來，人們認為電池中的鋰原子只能位于一層，否則系統將不穩定。盡管如此，我們德國同事最近的實驗表明，只要精心選擇方法，就可以在石墨烯層之間創造出多層穩定的鋰結構。這為提高這種結構的容量開辟了廣闊的前景。因此，我們有興趣利用計算機模擬研究與其他堿金屬（包括鈉）形成多層結構的可能性。"

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NUSTMISIS無機納米材料和RAS實驗室的高級研究員ZakharPopov說："我們的模擬表明，鋰原子與石墨烯的結合力更強，但增加鋰的層數會導致穩定性降低。在鈉的情況下，我們觀察到了相反的趨勢--隨著鈉層數的增加，這種結構的穩定性也會增加，所以我們希望在實驗中能得到這樣的材料。"

研究團隊的下一步是創建一個實驗樣品，并在實驗室中進行研究。這將在德國斯圖加特的馬克斯普朗克固態研究所處理。如果成功的話，可能會產生新一代的鈉電池，其價格將大大降低，而且與鋰離子電池等效，甚至容量更大。

論文標題為《Alkalimetalsinsidebi-layergrapheneandMoS2:Insightsfromfirst-principlescalculations》。