درباره نقص‌ها و کمبودهای باتری لیتیوم یونی، بحث‌های فراوانی شده که عمده آنها مربوط به نرخ پایین افزایش ظرفیت این نوع باتری‌ها است. در واقع افزایش ظرفیت برای این نوع باتری‌ها هزینه زیادی دربردارد، به این خاطر که در سمت کاتد آنها از لیتیوم استفاده میشود که ماده گرانقیمتی به حساب می‌آید. در این میان باتری‌های سدیم-یونی نشان داده‌اند که می‌توان روی آنها به عنوان جایگزینی ارزان‌تر حساب باز کرد، اما عملکرد این باتری‌ها هرگز قابل مقایسه نبوده است. به تازگی محققان به کمک لیزر و مواد گرافنی، نوع جدیدی از باتری‌های سدیم-یونی را توسعه داده‌اند که ضمن حفظ عملکرد باتری‌های نسل جدید، رسیدن به ظرفیت‌های بالاتر را هم با هزینه پایین‌تری امکان‌پذیر می‌کند. محققان دانشگاه KAUST روش جدیدی برای استفاده از سدیم در باتری پیدا کرده‌اند. کشورهای حوزه خلیج‌فارس عمده آب خوراکی خود را از نمک‌زدایی آب دریا به دست می‌آورند، بنابراین مقدار زیادی سدیم را در حین تصفیه ذخیره می‌کنند. در سایر نقاط دنیا هم قیمت جهانی سدیم حدود ۳۰ درصد ارزان‌تر از لیتیوم است، بنابراین می‌توان به فکر استفاده از این ماده در کاتد باتری افتاد. اما مشکل اینجاست که آندهای گرافنی همچون زمانی که با کاتد لیتیومی ارتباط دارند، نمی‌توانند با کاتد سدیمی الکترون را نگه دارند. تیم محققان KAUST راهی برای خلق ایجاد ماده‌ای به نام «کربن سخت» پیدا کرده‌اند که می‌تواند در تقویت اثربخشی یون‌های سدیم کمک کند. البته روند تولید کربن سخت فرآیند پیچده چند مرحله‌ای است که در یکی از این مراحل لازم است که نمونه‌ها را به دمای بیش از هزار درجه سانتی‌گراد برسانید. اما این فرآیند سخت باعث میشود که سدیم مزیت رقابتی خود در کاهش هزینه را از دست بدهد. در واقع این تیم تحقیقاتی موفق شده با استفاده از گرافن و لیزر ماده‌ای شبیه به کربن سخت را تولید کند که روش ساخت آن سهولت بیشتری داشته و می‌تواند در کنترل هزینه ساخت نقش موثری داشته باشد. در این روش همه چیز از یک صفحه مسی آغاز میشود. سپس پوششی از پلی‌مید (Polyimide) و اوره روی این صفحه پاشیده میشود. محققان روی این صفحه اشعه لیزر را با شدت بالا می‌تابانند تا طی فرآیندی به نام کربن‌سازی (carbonization) گرافن تولید شود. از آنجایی که گرافن معمولی برای استفاده از باتری کافی نیست، همزان با تابش لیزر، نیتروژن هم به محفظه واکنش اضافه میشود. اتم‌های نیتروژن در انتهای زنجیره اتمی این ماده اضافه شده و جایگزین برخی از اتم‌های کربن میشود. در نهایت گرافن تولید شده حاوی حدود ۱۳ درصد نیتروژن در کنار سایر اتم‌های کربن است.
ساختن آند از این ماده که می‌توان از آن به عنوان «گرافن سه‌بعدی» یاد کرد، مزایای بسیاری را ارائه می‌کند؛ در ابتدا می‌توان به رسانایی بالای این ماده اشاره کرد. فاصله اتمی بیشتر هم باعث میشود که یون‌ها سدیم در باتری‌های سدیم یونی راحت‌تر جذب شوند. در نهایت می‌توان از صفحه مسی به عنوان جمع کننده جریان در باتری استفاده کرد تا برخی از مراحل اضافی تولید باتری هم کاهش پیدا کند. تیم دانشگاهی پس از آزمایش باتری‌های سدیم-یونی با آندهای گرافن سه‌بعدی دریافتند که عملکرد این نوع باتری‌های نسبت به سدیم-یونی‌های فعلی بیشتر از چیزی که فکر می‌کردند افزایش پیدا کرده است. البته باتری‌های این روش هنوز به اندازه لیتیوم-یونی‌های پیشرفته قوی نیستند، اما این هزینه پایین تولید سلول‌های این باتری می‌تواند برای کاربردهایی که نیاز به عملکرد با سطح بسیار بالا ندارند، کارآمد باشد. حتی ممکن است باعث شود که خودروهای برقی ارزان قیمت مسافت بیشتری را پیمایش کنند.
