Обычный графитовый анод в натриевой батарее похож на тесный гараж, куда с трудом влезает крупный грузовик. Натрий крупнее лития и плохо помещается между слоями графита, поэтому батареи быстро теряют ёмкость. Исследователи нашли выход: взяли лист графена и пришили к нему с одной стороны аминогруппы — молекулярные «крючки». Получился двусторонний материал: одна сторона гладкая, другая усеяна крючками.
Когда батарея заряжается, натрий входит в этот материал в три этапа. Сначала ионы цепляются за аминогруппы, как крючки на вешалке. Затем образуют структуры из нескольких атомов натрия вокруг каждой группы. Наконец, заполняют пространство между слоями графена, как вода просачивается между страницами книги. Этот механизм отличается от обычного в жёстком углероде, где натрий заполняет поры и дефекты хаотично.
Материал почти не разбухает при зарядке, а ионы натрия движутся в нём в сто раз быстрее, чем в жёстком углероде. Это значит, что батарея будет заряжаться быстрее и проживёт больше циклов. Напряжение остаётся стабильно низким — 0,15 вольта, что идеально для анода.
Такой анод можно складывать, как стопку бумаги, не боясь, что он потрескается. Натрий дёшев и распространён, поэтому подобные батареи могут заменить литиевые в электромобилях и сетевых накопителях.
Натрий — шестой по распространённости элемент в земной коре, его можно добывать из морской воды. Литий же в основном сосредоточен в нескольких странах, что делает его дороже и политически чувствительным.