Le batterie agli ioni di sodio hanno il potenziale per sostituire le batterie agli ioni di litio attualmente utilizzate utilizzando la risorsa di sodio più economica (meno di un trentesimo del costo del litio) e più abbondante. Questo ha un potenziale particolare in Arabia Saudita, dove il sodio è facilmente disponibile e facilmente estratto come sottoprodotto della desalinizzazione dell'acqua, una fonte significativa di acqua potabile nel paese.

Eppure normale grafite, il materiale dell'anodo dominante nelle batterie agli ioni di litio, fatica a immagazzinare o intercalare gli ioni di sodio perché gli ioni di sodio sono più grandi degli ioni di litio. Il carbonio duro è un tipo di grafite disordinata che può immagazzinare più ioni sodio, quindi aumentando la capacità della batteria. Il problema è che per produrre carbonio duro sono necessarie temperature di quasi 1000°C.

Il team KAUST guidato da Husam Alshareef ha sviluppato un processo che utilizza un semplice laser da banco per produrre carbonio duro tridimensionale direttamente sui collettori di rame senza temperature eccessive o passaggi di rivestimento aggiuntivi.

Il team ha formato un foglio di polimero (poliimmide contenente urea) su rame e quindi ha esposto questo foglio a una forte luce laser. Introducendo gas azoto durante il processo, il team potrebbe sostituire alcuni degli atomi di carbonio con atomi di azoto, raggiungendo un livello di azoto estremamente elevato (13 percento atomico), cosa irraggiungibile con altre tecniche. Così, il grafene tridimensionale era più conduttivo, aveva ampliato la spaziatura atomica, ed è stato direttamente collegato ai collettori di corrente in rame, eliminando la necessità di ulteriori passaggi di elaborazione.

"Volevamo trovare un modo per realizzare carboni duri tridimensionali senza dover riscaldare eccessivamente i nostri campioni. In questo modo potevamo formare il carbonio duro direttamente sui collettori di rame, " ha detto Fan Zhang, un dottorato di ricerca studente nel gruppo di Alshareef.

I ricercatori della KAUST hanno fabbricato batterie agli ioni di sodio utilizzando il loro materiale anodico formato al laser. Il loro dispositivo ha mostrato un'efficienza coulombica che supera la maggior parte degli anodi carboniosi segnalati, come il carbonio duro e morbido, e una capacità agli ioni di sodio migliore della maggior parte degli anodi di carbonio precedenti nelle batterie agli ioni di sodio.

"Mi è piaciuto imparare da ogni membro del gruppo del Prof. Alshareef, soprattutto Fan Zhang, chi è stato il mio mentore più vicino, " disse Eman Alhajji, uno stagista del KAUST Gifted Student Program (KGSP) e attuale studente universitario presso la North Carolina State University, STATI UNITI D'AMERICA. Eman si unirà al gruppo come dottore di ricerca. studente il prossimo autunno.

"Zhang e Alhajji hanno dato un esempio ammirevole di collaborazione produttiva tra gli studenti laureati KAUST e i tirocinanti in visita KGSP. Il loro lavoro apre una nuova direzione nella ricerca sulle batterie, che può essere esteso ad altre tecnologie di accumulo di energia, " ha detto Alshareef.