在电池中以钠替代锂

来自NUSTMISIS、俄罗斯科学院和德累斯顿-罗森多夫赫尔姆霍茨中心的一个国际科学家团队发现，以特殊方式"堆叠"的钠（Na）可以代替锂（Li）用于电池生产。钠电池将比现有的锂电池便宜很多，而且等效甚至容量更大。该研究结果发表在《NanoEnergy》杂志上。

锂离子电池在现代生活中的作用难以言表。这些电池的应用无处不在：手机、笔记本电脑、相机，以及各种类型的车辆和太空船。锂离子电池于1991年进入市场，2019年，其发明者因其对技术发展的革命性贡献而获得诺贝尔化学奖。同时，锂是一种昂贵的碱性金属，其储量在全球范围内是有限的。目前，锂离子电池还没有有效的替代品。由于锂是最轻的化学元素之一，很难替代锂来制造大容量电池。

由ArkadiyKrashennikov教授领导的来自NUSTMISIS、俄罗斯科学院和德累斯顿-罗森多夫赫尔姆霍茨中心的科学家团队提出了一种替代方案。他们发现，如果样品内部的原子以某种方式"堆积"，那么除锂以外的碱金属也会表现出高能量强度。最有希望替代锂的是钠(Na)，因为钠原子在bigraphen夹层中的两层排列显示出与锂离子电池中传统石墨阳极的容量相当，约335mA*h/g，而锂则为372mA*h/g。然而，钠比锂更常见，因此更便宜也更容易获得。

一种特殊的原子堆叠方式实际上是将原子一个个叠加在一起。这种结构是通过在高电压下将原子从一块金属转移到两片石墨烯之间的空间，模拟电池充电的过程而产生的。最后，它看起来像一个三明治，由一层碳、两层碱金属和另一层碳组成。

国科大MISIS无机纳米材料实验室研究员IlyaChepkasov说："长期以来，人们认为电池中的锂原子只能位于一层，否则系统将不稳定。尽管如此，我们德国同事最近的实验表明，只要精心选择方法，就可以在石墨烯层之间创造出多层稳定的锂结构。这为提高这种结构的容量开辟了广阔的前景。因此，我们有兴趣利用计算机模拟研究与其他碱金属（包括钠）形成多层结构的可能性。"

NUSTMISIS无机纳米材料和RAS实验室的高级研究员ZakharPopov说："我们的模拟表明，锂原子与石墨烯的结合力更强，但增加锂的层数会导致稳定性降低。在钠的情况下，我们观察到了相反的趋势--随着钠层数的增加，这种结构的稳定性也会增加，所以我们希望在实验中能得到这样的材料。"

研究团队的下一步是创建一个实验样品，并在实验室中进行研究。这将在德国斯图加特的马克斯普朗克固态研究所处理。如果成功的话，可能会产生新一代的钠电池，其价格将大大降低，而且与锂离子电池等效，甚至容量更大。

论文标题为《Alkalimetalsinsidebi-layergrapheneandMoS2:Insightsfromfirst-principlescalculations》。