Elektrikli nəqliyyat vasitələrinə və bərpa olunan enerji ehtiyatlarına qlobal tələbat artdıqca, əlverişli və dayanıqlı batareya texnologiyalarına ehtiyac da artır. Yeni bir araşdırma elektrokimyəvi enerji saxlama texnologiyalarına təsir edə biləcək yenilikçi bir həll təqdim etdi.

Tədqiqat Advanced Functional Materials jurnalında dərc olunub . İşə Rays Universitetinin Materialşünaslıq və NanoMühəndislik Departamentinin tədqiqatçıları, Baylor Universiteti və Hindistan Elm Təhsili və Tədqiqat Tiruvananthapuram İnstitutunun əməkdaşları ilə birlikdə rəhbərlik etmişdir.

Neft və qaz sənayesinin əlavə məhsulundan istifadə edərək, komanda təmiz qrafit quruluşa malik unikal formalı karbon materialları – kiçik konuslar və disklər ilə işləmişdir. Karbohidrogenlərin miqyaslana bilən piroliz yolu ilə istehsal olunan bu qeyri-adi formalar akkumulyator tədqiqatında anodlar üçün uzun müddətdir davam edən problemi həll etməyə kömək edə bilər: enerjini litiumdan daha ucuz və daha geniş yayılmış natrium və kalium kimi elementlərlə necə saxlamaq olar.

Müəllif Pulickel Ajayan, Benjamin M. və Meri Qrinvud Anderson Raysdakı mühəndislik professoru, “İllərdir ki, natrium və kaliumun litiumun cəlbedici alternativləri olduğunu bilirik” dedi. “Ancaq problem həmişə bu böyük ionları səmərəli saxlaya bilən karbon əsaslı anod materiallarının tapılması olub.”

Qrafit maneəni qırmaq

Ənənəvi litium-ion batareyaları anod materialı kimi qrafitdən istifadə edir. Bununla belə, eyni qrafit quruluşu natrium və ya kaliumdan danışarkən uğursuz olur. Onların atomları sadəcə olaraq çox böyükdür və qarşılıqlı təsirlər qrafitin sıx şəkildə yığılmış təbəqələrinə daxil olub-olmamaq üçün çox mürəkkəbdir.

Lakin karbonun formasını mikroskopik səviyyədə yenidən düşünərək, komanda bir həll yolu tapdı. Konus və disk strukturları natrium və kalium ionlarını kimyəvi dopinqə (xüsusiyyətlərini dəyişdirmək üçün qəsdən kiçik miqdarda xüsusi atom və ya molekulların əlavə edilməsi prosesi) və ya digər süni modifikasiyalara ehtiyac olmadan qəbul edən əyrilik və boşluq təklif edir.

“Bu təmiz, əyri qrafit strukturların nə qədər yaxşı performans göstərdiyini görəndə təəccübləndik” dedi Ajayan laboratoriyasında doktoranturadan sonrakı assosiasiyanın birinci müəllifi Atin Pramanik. “Heteroatomlar olmadan belə, onlar natrium ionlarının geri çevrilə bilən interkalasiyasına icazə verdilər və bunu minimal struktur gərginliyi ilə etdilər.”

https://googleads.g.doubleclick.net/pagead/ads?client=ca-pub-0536483524803400&output=html&h=280&slotname=2793866484&adk=2520359048&adf=746485419&pi=t.ma~as.2793866484&w=750&abgtt=6&fwrn=4&fwrnh=0&lmt=1745991236&rafmt=1&armr=3&format=750×280&url=https%3A%2F%2Ftechxplore.com%2Fnews%2F2025-04-energy-storage-cone-disc-carbon.html&fwr=0&rpe=1&resp_fmts=3&wgl=1&uach=WyJXaW5kb3dzIiwiMTkuMC4wIiwieDg2IiwiIiwiMTM1LjAuNzA0OS4xMTUiLG51bGwsMCxudWxsLCI2NCIsW1siR29vZ2xlIENocm9tZSIsIjEzNS4wLjcwNDkuMTE1Il0sWyJOb3QtQS5CcmFuZCIsIjguMC4wLjAiXSxbIkNocm9taXVtIiwiMTM1LjAuNzA0OS4xMTUiXV0sMF0.&dt=1745991236850&bpp=1&bdt=86&idt=78&shv=r20250428&mjsv=m202504240101&ptt=9&saldr=aa&abxe=1&cookie=ID%3Dfdc40d724f2dca57%3AT%3D1735367325%3ART%3D1745991010%3AS%3DALNI_MYStQ6fUQQQLyo5Z7z1h-XhXcWBtA&gpic=UID%3D00000f80eacffadc%3AT%3D1735367325%3ART%3D1745991010%3AS%3DALNI_MYaOugky0UawScoidzfbXof3-N-iw&eo_id_str=ID%3De43bb863646b60b8%3AT%3D1735367325%3ART%3D1745991010%3AS%3DAA-AfjbQoPwZqH28q9IwcCLRSzzg&prev_fmts=0x0&nras=1&correlator=5493100490133&frm=20&pv=1&rplot=4&u_tz=240&u_his=1&u_h=1080&u_w=1920&u_ah=1032&u_aw=1920&u_cd=24&u_sd=1&dmc=8&adx=448&ady=2045&biw=1905&bih=945&scr_x=0&scr_y=0&eid=95332585%2C95353386%2C95357460%2C95358976%2C95359114%2C95356809&oid=2&pvsid=2534221248754901&tmod=1555363176&uas=0&nvt=1&ref=https%3A%2F%2Fphys.org%2F&fc=1920&brdim=0%2C0%2C0%2C0%2C1920%2C0%2C1920%2C1032%2C1920%2C945&vis=1&rsz=%7C%7CpeEbr%7C&abl=CS&pfx=0&fu=128&bc=31&bz=1&td=1&tdf=2&psd=W251bGwsbnVsbCxudWxsLDNd&nt=1&ifi=2&uci=a!2&btvi=1&fsb=1&dtd=86

Davamlı, genişlənən və yaşıl

Laboratoriya sınaqlarında karbon konusları və diskləri natrium ionlarından istifadə edərək qram başına təxminən 230 milliamper-saat yük (mAh/g) saxladılar və 2000 sürətli doldurma dövründən sonra da onlar hələ də 151 mAh/g tutdular. Onlar həmçinin kalium-ion batareyaları ilə yaxşı işləyirdilər, lakin performans natrium kimi güclü deyildi.

Kriogen ötürücü elektron mikroskopiyası və bərk cisim nüvə maqnit rezonansı kimi qabaqcıl təsvir üsulları ionların karbon strukturuna gözlənildiyi kimi daxil olub çıxdığını və materialın minlərlə yük-boşaltma dövrü ərzində öz formasını saxladığını təsdiqlədi.

“Bu, belə sabitliyə malik təmiz qrafit materiallarda natrium-ion interkalasiyasının ilk aydın nümayişlərindən biridir” dedi Pramanik. “Bu, təmiz qrafitin natrium ilə işləyə bilməyəcəyinə inamı rədd edir.”

Nəticələr genişdir. Bu, nəinki daha sərfəli natrium-ion batareyalarına yol açır, həm də daha bahalı və geosiyasi baxımdan mürəkkəbləşən litiumdan asılılığı azaldır. Konus/disk karbonu neft və qaz sənayesinin əlavə məhsullarından sintez oluna bildiyindən, o, həm də akkumulyator anodunun istehsalı üçün daha davamlı marşrut təqdim edir.

Batareyanın dizaynı üçün dönüş nöqtəsi

Bu sahədəki tədqiqatların əksəriyyəti sərt karbonlara və ya qatqılı materiallara diqqət yetirsə də, yeni tədqiqat strategiyada əsas nöqtəni göstərir – kimyəvi modifikasiya üzərində morfologiyanı vurğulayır.

“Biz inanırıq ki, bu kəşf akkumulyator anodları üçün yeni dizayn məkanı açır” dedi Ajayan. “Kimyanı dəyişdirmək əvəzinə, formanı dəyişdiririk və bu da bir o qədər maraqlıdır.”

“Biz yalnız daha yaxşı batareya materialı hazırlamırıq” dedi Pramanik. “Biz daha təmiz, daha ucuz və hamı üçün daha geniş şəkildə əlçatan olan enerji saxlanması üçün real yol təklif edirik.”

Daha çox məlumat: Atin Pramanik və digərləri, Na/K-Ion Batareyalar üçün Sərt Karbonlara Alternativ kimi Qrafit Konus/Disk Anodları, Təkmil Funksional Materiallar (2025). DOI: 10.1002/adfm.202505848

Jurnal məlumatı: Təkmil Funksional Materiallar Rays Universiteti tərəfindən təmin edilmişdir