來自NUSTMISIS、俄羅斯科學(xué)院和德累斯頓-羅森多夫赫爾姆霍茨中心的一個(gè)國際科學(xué)家團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，以特殊方式"堆疊"的鈉（Na）可以代替鋰（Li）用于電池生產(chǎn)。鈉電池將比現(xiàn)有的鋰電池便宜很多，而且等效甚至容量更大。該研究結(jié)果發(fā)表在《NanoEnergy》雜志上。

鋰離子電池在現(xiàn)代生活中的作用難以言表。這些電池的應(yīng)用無處不在：手機(jī)、筆記本電腦、相機(jī)，以及各種類型的車輛和太空船。鋰離子電池于1991年進(jìn)入市場，2019年，其發(fā)明者因其對技術(shù)發(fā)展的革命性貢獻(xiàn)而獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。同時(shí)，鋰是一種昂貴的堿性金屬，其儲(chǔ)量在全球范圍內(nèi)是有限的。目前，鋰離子電池還沒有有效的替代品。由于鋰是最輕的化學(xué)元素之一，很難替代鋰來制造大容量電池。

由ArkadiyKrashennikov教授領(lǐng)導(dǎo)的來自NUSTMISIS、俄羅斯科學(xué)院和德累斯頓-羅森多夫赫爾姆霍茨中心的科學(xué)家團(tuán)隊(duì)提出了一種替代方案。他們發(fā)現(xiàn)，如果樣品內(nèi)部的原子以某種方式"堆積"，那么除鋰以外的堿金屬也會(huì)表現(xiàn)出高能量強(qiáng)度。最有希望替代鋰的是鈉(Na)，因?yàn)殁c原子在bigraphen夾層中的兩層排列顯示出與鋰離子電池中傳統(tǒng)石墨陽極的容量相當(dāng)，約335mA*h/g，而鋰則為372mA*h/g。然而，鈉比鋰更常見，因此更便宜也更容易獲得。

一種特殊的原子堆疊方式實(shí)際上是將原子一個(gè)個(gè)疊加在一起。這種結(jié)構(gòu)是通過在高電壓下將原子從一塊金屬轉(zhuǎn)移到兩片石墨烯之間的空間，模擬電池充電的過程而產(chǎn)生的。最后，它看起來像一個(gè)三明治，由一層碳、兩層堿金屬和另一層碳組成。

國科大MISIS無機(jī)納米材料實(shí)驗(yàn)室研究員IlyaChepkasov說："長期以來，人們認(rèn)為電池中的鋰原子只能位于一層，否則系統(tǒng)將不穩(wěn)定。盡管如此，我們德國同事最近的實(shí)驗(yàn)表明，只要精心選擇方法，就可以在石墨烯層之間創(chuàng)造出多層穩(wěn)定的鋰結(jié)構(gòu)。這為提高這種結(jié)構(gòu)的容量開辟了廣闊的前景。因此，我們有興趣利用計(jì)算機(jī)模擬研究與其他堿金屬（包括鈉）形成多層結(jié)構(gòu)的可能性。"

NUSTMISIS無機(jī)納米材料和RAS實(shí)驗(yàn)室的高級(jí)研究員ZakharPopov說："我們的模擬表明，鋰原子與石墨烯的結(jié)合力更強(qiáng)，但增加鋰的層數(shù)會(huì)導(dǎo)致穩(wěn)定性降低。在鈉的情況下，我們觀察到了相反的趨勢--隨著鈉層數(shù)的增加，這種結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性也會(huì)增加，所以我們希望在實(shí)驗(yàn)中能得到這樣的材料。"

研究團(tuán)隊(duì)的下一步是創(chuàng)建一個(gè)實(shí)驗(yàn)樣品，并在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行研究。這將在德國斯圖加特的馬克斯普朗克固態(tài)研究所處理。如果成功的話，可能會(huì)產(chǎn)生新一代的鈉電池，其價(jià)格將大大降低，而且與鋰離子電池等效，甚至容量更大。

論文標(biāo)題為《Alkalimetalsinsidebi-layergrapheneandMoS2:Insightsfromfirst-principlescalculations》。