Forskere designer lavt-natrium-ionbatteri med billige elektrodematerialer
Jan 26, 2026
Et internationalt forskerhold har designet et natrium-ionbatteri (SIB) lagringssystem baseret på et P2-type katodemateriale kendt som Na0.67Mn0.33Ni0.33Fe0.33O2 og en anode, der er afhængig af et hårdt kulstofmateriale fremstillet af lavendelblomster.
Den foreslåede systemkonfiguration er beregnet til lave-omkostninger, samtidig med at den sikrer skalerbarhed og miljømæssig bæredygtighed, da de to elektrodematerialer beskrives som "bredt tilgængelige" forstadier.
"Plantediversitet og produktionskapacitet er vigtige faktorer, der påvirker kommercialiseringen af SIB'er, da plante-afledte hårde kulstoffer er både bæredygtige og økonomiske," forklarede forskerne. "Hårdt kulstof afledt af planter bevarer mikrostrukturerne i plantevævet og forbedrer derved indtrængning af elektrolytten og natriumdiffusionen.
Forskerne estimerede den globale lavendelproduktion til cirka 1.000-1.500 tons årligt. Det er dog kun en lille del af denne produktion, der kan bruges til elektrodematerialer, da kun blomsterresten er egnet til omdannelse til hårdt kul.
De bemærkede også, at den hårde carbonanode og katoden af P2-typen i den fulde celle har utilstrækkelige natriumreservoirer, hvilket fører til dårlig elektrokemisk ydeevne. "Det nuværende arbejde adresserer dette hul ved at evaluere den fulde-celleydelse af P2-Na0.67Mn0.9Ni0.1O2 kombineret med lavendelblomstaffalds-afledt hårdt kulstof under forskellige præsodiationsmetoder," forklarede de yderligere.
Forskerne brugte røntgendiffraktion (XRD), scanningselektronmikroskopi (SEM), røntgenfotoelektronspektroskopi (XPS), Fourier-transform infrarød spektroskopi (FTIR) og Raman-spektroskopi til at karakterisere SIB-systemets katode- og anodens struktur, mens hexagonen og 3 mm. anoden viste karakteristiske brede toppe af amorft kulstof.
SEM og TEM afslørede især katodekorn i mikrometer-størrelse og en porøs hård kulstofoverflade, og EDS og XPS indikerede, at materialet har god strukturel stabilitet. Yderligere analyse viste også, at nikkel (Ni) inkorporering forbedrede katodens strukturelle, elektroniske og elektrokemiske ydeevne.
Desuden afslørede elektrokemiske tests indledende kapaciteter på 200 mAh/g for katoden og 360 mAh/g for anoden med kapacitetsbevarelser på 42% og 67,4% efter 100 cyklusser. Samlet set viste det sig, at Ni-doping forbedrede katodens ledningsevne og stabilitet, og anoden viste god natriumlagringsydelse, der understøttede stærk halv-celle- og potentiel fuld-celleydelse, ifølge forskerne.
"Denne omfattende undersøgelse fremhæver potentialet for at udvikle SIB'er med billige og bæredygtige elektrodematerialer," konkluderede de. "Optimeringen af presodiationsstrategier giver mulighed for avancerede kommercielle og skalerbare SIB-teknologier."
Systemet blev beskrevet i undersøgelsen "Omkostnings-effektive natrium-ionbatterier ved hjælp af en Na0.67Mn0.9Ni0.1O2 katode og lavendel-blomst-affald-afledt hårdt kulstof med en sammenlignende præ-opblødningstilgang," offentliggjort i Journal of Power. Forskerholdet bestod blandt andet af forskere fra Tyrkiets Inonu Universitet, Istanbul Tekniske Universitet, Malatya Turgut Ozal Universitet og Aksaray Universitet samt fra Korea Institute of Science and Technology og Pakistans Quaid-i-Azam University, blandt andre.
