Международный коллектив ученых, включающий специалистов НИТУ «МИСиС», ИБХФ РАН и Центра имени Гельмгольца Дрезден-Россендорф, установил, что в аккумуляторах вместо дорогого и сравнительно редкого щелочного металла лития можно использовать дешевый и более распространенный натрий. Это позволит снизить стоимость аккумуляторов, не жертвуя емкостью. Однако натрий необходимо «укладывать» особым способом.

Говоря точнее, атомы натрия необходимо располагать в несколько слоев, один над другим. Такую структуру можно сформировать переходом атомов из куска металла в пространство между двумя листами графена под высоким напряжением.

«Долгое время считалось, что атомы лития в аккумуляторах могут располагаться только в один слой, в противном случае система будет нестабильна. Несмотря на это недавние эксперименты наших коллег из Германии показали, что при тщательном подборе методов можно создавать многослойные стабильные структуры лития между слоями графена. Это открывает широкие перспективы к увеличению емкости таких структур. Поэтому нам было интересно изучить возможность формирования многослойных структур с другими щелочными металлами, в том числе и с натрием, при помощи численного моделирования», — сообщил один из исследователей, научный сотрудник лаборатории «Неорганические наноматериалы» НИТУ «МИСиС» Илья Чепкасов.

«Из нашего моделирования следует, что атомы лития гораздо сильнее связываются с графеном, однако увеличение числа слоев лития приводит к меньшей стабильности. Обратная тенденция наблюдается в случае натрия – при увеличении числа слоев натрия возрастает стабильность таких структур, это дает надежду на то, что такие материалы будут получены в эксперименте», — заключил старший научный сотрудник лаборатории «Неорганические наноматериалы» НИТУ «МИСиС» и ИБХФ РАН Захар Попов.

Пока выполнено только численное моделирование, но оно открывает путь к следующему шагу, который предстоит сделать ученым. Речь идет о создании экспериментального образца и изучении его в лабораторных условиях. Этим займется зарубежная часть команды из Центра имени Гельмгольца Дрезден-Россендорф.

Если разработка увенчается успехом, можно будет рассчитывать на появление нового поколения натриевых аккумуляторов. Они будут таким же или даже более емкими, чем литий-ионные аккумуляторы, но в несколько раз более дешевыми.