Wetenschappers ontwerpen goedkope-natrium-ionenbatterij met goedkope elektrodematerialen
Jan 26, 2026
Een internationaal onderzoeksteam heeft een opslagsysteem voor natrium-ionenbatterijen (SIB) ontworpen op basis van kathodemateriaal van het P2-type, bekend als Na0,67Mn0,33Ni0,33Fe0,33O2, en een anode die is gebaseerd op hard koolstofmateriaal vervaardigd uit lavendelbloemen.
De voorgestelde systeemconfiguratie is bedoeld voor fabricage tegen lage-kosten en waarborgt tegelijkertijd schaalbaarheid en ecologische duurzaamheid, aangezien de twee elektrodematerialen worden beschreven als "breed toegankelijke" voorlopers.
"Plantendiversiteit en productiecapaciteit zijn belangrijke factoren die de commercialisering van SIB's beïnvloeden, omdat uit planten-afgeleide harde koolstoffen zowel duurzaam als economisch zijn", legden de onderzoekers uit. "Harde koolstof afkomstig van planten behoudt de microstructuren van de plantenweefsels, waardoor de penetratie van de elektrolyt- en natriumdiffusie wordt verbeterd.
De wetenschappers schatten de wereldwijde lavendelproductie op ongeveer 1.000 tot 1.500 ton per jaar. Slechts een klein deel van deze productie kan echter worden gebruikt voor elektrodematerialen, omdat alleen het bloemresidu geschikt is voor omzetting in harde koolstof.
Ze merkten ook op dat de harde koolstofanode en de P2--type kathode in de volledige cel onvoldoende natriumreservoirs hebben, wat leidt tot slechte elektrochemische prestaties. "Het huidige werk pakt deze kloof aan door de volledige -celprestaties van P2-Na0.67Mn0.9Ni0.1O2 te evalueren in combinatie met harde koolstof afkomstig van lavendelbloemafval onder verschillende benaderingen van presodiatie", legden ze verder uit.
De wetenschappers gebruikten röntgendiffractie (XRD), scanning-elektronenmicroscopie (SEM), röntgenfoto-elektronenspectroscopie (XPS), Fourier-transformatie-infraroodspectroscopie (FTIR) en Raman-spectroscopie om de kathode en anode van het SIB-systeem te karakteriseren en ontdekten dat de kathode een hexagonale P63/mmc-structuur heeft, terwijl de anode karakteristieke brede pieken vertoonde van amorfe koolstof.
SEM en TEM onthulden met name kathodekorrels van micrometer-grootte en een poreus hard koolstofoppervlak, en EDS en XPS gaven aan dat het materiaal een goede structurele stabiliteit heeft. Verdere analyse toonde ook aan dat de opname van nikkel (Ni) de structurele, elektronische en elektrochemische prestaties van de kathode verbeterde.
Bovendien onthulden elektrochemische tests initiële capaciteiten van 200 mAh/g voor de kathode en 360 mAh/g voor de anode met capaciteitsretenties van 42% en 67,4% na 100 cycli. Over het geheel genomen bleek Ni-doping de geleidbaarheid en stabiliteit van de kathode te verbeteren, en de anode vertoonde goede prestaties op het gebied van natriumopslag, wat sterke half{6}}cel- en potentiële volledige--celprestaties ondersteunde, aldus de onderzoekers.
"Deze uitgebreide studie benadrukt het potentieel voor de ontwikkeling van SIB's met goedkope en duurzame elektrodematerialen", concludeerden ze. "De optimalisatie van presodiatiestrategieën biedt kansen voor geavanceerde commerciële en schaalbare SIB-technologieën."
Het systeem is beschreven in het onderzoek 'Kosten-effectieve natrium--ionbatterijen met behulp van een Na0.67Mn0.9Ni0.1O2-kathode en lavendel-bloem-afval-afgeleide harde koolstof met een vergelijkende pre-wekingsbenadering", gepubliceerd in de Journal of Power Sources. Het onderzoeksteam bestond uit wetenschappers van onder meer de Turkse Inonu Universiteit, de Technische Universiteit van Istanbul, de Malatya Turgut Ozal Universiteit en de Aksaray Universiteit, maar ook van het Korea Institute of Science and Technology en de Pakistaanse Quaid-i-Azam Universiteit.