Des cathodes 3V très efficaces pour les batteries rechargeables sodium-ion ont été développées par les utilisateurs du laboratoire national de science des matériaux d'Argonne, Sciences et génie chimique, et les divisions des sciences des rayons X, ainsi que l'Université de Chicago, en collaboration avec le Center for Nanoscale Materials NanoBio Interfaces Group. Avec une capacité quasi théorique de 250 mAh/g, excellente capacité de débit et durée de vie du cycle, et des densités d'énergie et de puissance élevées de 760 Wh/kg et 1200 W/kg, respectivement, ces V bicouche 2 O 5 Les systèmes peuvent être utilisés dans des applications à température ambiante.

Les systèmes de batteries rechargeables avec des ions de transport autres que le lithium offrent une alternative aux batteries lithium-ion qui élargiraient considérablement le marché actuel du stockage d'énergie, qui est principalement basé sur la technologie lithium-ion. Les batteries au sodium sont particulièrement intéressantes :le sodium est un produit bon marché, non toxique, et un élément abondant qui est uniformément réparti dans le monde et serait donc idéal comme ion de transport pour les batteries rechargeables.

L'approche de cette équipe de recherche pour réaliser l'intercalation des ions sodium consistait à utiliser des matériaux à l'échelle nanométrique qui ont des structures en couches bidimensionnelles avec des espacements intercalaires réglables capables de s'adapter à de grands changements de volume. Des études de caractérisation synchrotron ex situ et in situ ont révélé que l'absorption d'ions sodium induit l'organisation de la structure globale des vanadia ainsi que l'apparition d'un ordre à longue distance entre les couches. Lors de la désintercalation du sodium, l'ordre à longue distance est perdu alors que la structure intracouche est encore préservée. L'induction de l'ordonnancement des nanomatériaux in operando a ainsi permis de réaliser la capacité d'électrode la plus élevée possible en optimisant l'équilibre des forces électrostatiques. L'élasticité améliorée et la stabilité exceptionnelle à long terme de cette structure à cadre ouvert font du V2O5 bicouche un matériau de cathode approprié pour les batteries au sodium rechargeables à haute densité d'énergie.