Verschiedene Automobilhersteller bereiten sich auf den Umstieg von Verbrennungsmotoren vor (IC) Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor bis hin zu Elektrofahrzeugen (EV). Aufgrund der höheren Kosten sind Elektrofahrzeuge für Verbraucher jedoch nicht so leicht zugänglich; Daher subventionieren mehrere Regierungen Elektrofahrzeuge, um den Verkauf zu fördern. Damit EV-Kosten mit denen von Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor konkurrieren können, müssen ihre Batterien, die etwa 30 % ihrer Kosten ausmachen, wirtschaftlicher sein als Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor.
Das Korea Institute of Science und Technologie (KIST) hat am Center for Energy Storage Research bekannt gegeben, dass es ein neuartiges, leistungsstarkes und wirtschaftliches Anodenmaterial für den Einsatz in Natriumionen-Sekundärbatterien entwickelt hat, die kostengünstiger sind als Lithium-Ionen-Batterien. Dieses neuartige Material kann 1.5-mal mehr Strom speichern als die in kommerziellen Lithium-Ionen-Batterien verwendete Graphitanode und seine Leistung lässt auch nach 200 Zyklen bei sehr schnellen Lade-/Entladeraten von 10 A/g nicht nach.
Natrium kommt in der Erdkruste über 500-mal häufiger vor als Lithium; Daher haben Natrium-Ionen-Batterien als Sekundärbatterien der nächsten Generation große Aufmerksamkeit auf sich gezogen, da sie 40% billiger sind als Lithium-Ionen-Batterien. Im Vergleich zu Lithiumionen sind Natriumionen jedoch größer und können daher nicht so stabil in Graphit und Silizium gespeichert werden, die in solchen Batterien häufig als Anoden verwendet werden. Daher ist die Entwicklung eines neuartigen Anodenmaterials mit hoher Kapazität erforderlich.
Das KIST-Forschungsteam verwendete Molybdändisulfid (MoS2), ein Metallsulfid, das als Kandidat für Anodenmaterialien mit großer Kapazität Interesse geweckt hat. MoS2 kann eine große Menge Strom speichern, ist aber wegen des hohen elektrischen Widerstands und der strukturellen Instabilität, die beim Batteriebetrieb auftreten, nicht verwendbar. Das Team überwand dieses Problem jedoch, indem es eine keramische Nanobeschichtung mit Silikonöl herstellte, einem kostengünstigen und umweltfreundlichen Material. Durch das einfache Mischen des MoS2 Vorstufe mit Silikonöl und einer Wärmebehandlung der Mischung konnten sie eine stabile Heterostruktur mit geringem Widerstand und erhöhter Stabilität erzeugen.
Darüber hinaus zeigte die Bewertung der elektrochemischen Eigenschaften, dass dieses Material mindestens doppelt so viel Strom (~600 mAh/g) stabil speichern kann wie das MoS2 Material ohne Beschichtung und konnte diese Kapazität auch nach 200 Schnelllade-/Entladezyklen beibehalten. Diese hervorragende Leistung wurde durch die Bildung der keramischen Nanobeschichtung mit hoher elektrischer Speicherkapazität erreicht, die dem MoS . eine hohe Leitfähigkeit und Steifigkeit verleiht2 Oberfläche, was zu einem geringen elektrischen Widerstand des Materials und einer hohen Strukturstabilität führt.
Das Forscherteam erklärte, dass sie „die Probleme mit hohem Widerstand und struktureller Instabilität von MoS . erfolgreich lösen könnten2 durch die Nanobeschichtung Oberflächenstabilisierungstechnologie. Als Ergebnis konnten wir eine Natrium-Ionen-Batterie entwickeln, die eine große Menge Strom stabil speichern kann. Unsere Methode verwendet kostengünstige, umweltfreundliche Materialien und kann, wenn sie für die großtechnische Herstellung von Anodenmaterialien angepasst wird, die Produktionskosten senken und somit die Kommerzialisierung von Natrium-Ionen-Batterien für Stromspeicher mit großer Kapazität vorantreiben.“