Met een combinatie van molybdeensulfide en grafeen kun je een effectieve oplaadbare natriumionbatterij maken. Dit stellen onderzoekers van Kansas State University in ACS Nano.

De onderzoekers behandelden molybdeensulfide (MoS₂) met zuur en verwoven het daarna met speciale grafeen nanovellen. Ze ontdekten dat je hierin effectief natriumatomen kan opslaan, maar dat het ook kan dienen als flexibele opslag voor elektronen. Daarom is het geschikt als negatieve elektrode in natriumionbatterijen. Dit werkt zelfs bij kamertemperatuur. Het is voor het eerst dat dit mogelijk is, want tot nu toe werkten natriumbatterijen meestal pas vanaf ongeveer 30 °C.

Natriumionen hebben vergelijkbare elektronische eigenschappen als lithiumionen. Het nadeel is dat ze een stuk groter zijn en het dus lastig is om een materiaal te vinden dat de ionen doorlaat. De meeste materialen die als negatieve elektrode kunnen dienen voor natriumionbatterijen doen dit door een soort legering te vormen met natrium. Daardoor zwellen ze enkele honderden keren op bij het laden en ontladen van de batterij. Hierdoor gaat de batterij na verloop van tijd kapot. Doordat de MoS₂/grafeenelektrode poreus is kunnen natriumionen zonder het vormen van een legering gemakkelijk naar binnen en buiten stromen. Zo kan de batterij snel en effectief zijn lading overbrengen, zonder kapot te gaan

Gurpreet Singh, hoofddocent aan de universiteit, zegt dat er twee redenen zijn waarom deze ontdekking belangrijk is. Ten eerste is het belangrijk om grote hoeveelheden van tweedimensionale materialen te kunnen maken om de toepasbaarheid van dit soort materialen te testen. Daarnaast is het belangrijk om te begrijpen hoe een gelaagd materiaal natrium opslaat. Dit is namelijk anders dan in conventionele materialen. ‘We hebben laten zien dat je dit soort materialen met zuur kan omzetten tot een enkellaags materiaal. Op deze manier moet het mogelijk zijn om ze op gramschaal te produceren. Dan kan je er daarna batterijen, capacitoren en polymeren van maken.’

Bron: Kansas State University