По словам учёных, инновационный подход к материалам для аккумуляторов может значительно повысить плотность энергии и скорость зарядки натрий-ионных аккумуляторов по сравнению с литий-ионными.
.
(Изображение предоставлено: MirageC/Getty Images)
По словам учёных, недавно разработанные натрий-ионные (Na-ионные) аккумуляторы могут обеспечить гораздо более высокую скорость зарядки, плотность энергии и безопасность по сравнению с обычными литий-ионными (Li-ионными) аккумуляторами.
Исследователи из Токийского научного университета использовали новый электролит на основе углерода для повышения плотности энергии и скорости зарядки натрий-ионных аккумуляторов, которые являются альтернативой литий-ионным аккумуляторам, используемым в большинстве современных устройств.
Ученые изучают натриево-ионные аккумуляторы как альтернативу литий-ионным из-за их повышенной стабильности и низкой стоимости, но развитию этой технологии препятствуют некоторые узкие места и ограничения.
Все аккумуляторы содержат анод и катод — два электрода, которые определяют, как ток поступает в устройство и выходит из него. В литий-ионных аккумуляторах катод в основном состоит из графита, так как это отличный материал для хранения ионов лития с последующей разрядкой.
Но в натрий-ионных аккумуляторах используется твёрдый углерод (ТУ) — пористая комбинация из тысяч «турбостратных базовых структурных единиц», по сути представляющая собой сложную кристаллическую структуру, которая отлично подходит для хранения ионов натрия. Теоретически это материал, который очень быстро заряжается.
Предыдущие исследования в области высокотемпературной сверхпроводимости не смогли доказать, что такая теоретическая скорость зарядки возможна на практике, поскольку ионы, попадающие в плотный электролит на высокой скорости, замедляются, как в пробке. Однако в новом исследовании, опубликованном 15 декабря 2025 года в журнале Chemical Science, учёные попытались преодолеть это препятствие.
Снижение рисков, связанных с литий-ионными аккумуляторами
Исследователи соединили небольшие концентрации гидрогенизированного углерода с оксидом алюминия, химически неактивным материалом, в комбинированном электроде. Это позволило ионам свободно проникать в частицы гидрогенизированного углерода без каких-либо проблем.
Решив эту проблему, исследователи доказали, что ионы натрия могут проникать в гидрогенизированное углеродное волокно с той же скоростью, с какой ионы лития проникают в графит в литий-ионном аккумуляторе.
Исследователи также обнаружили, что узким местом всего процесса является скорость, с которой ионы заполняют «поры» в гидроксиапатите. «Порами» называют процесс, в ходе которого ионы образуют псевдометаллические кластеры внутри наноскопических пор на поверхности гидроксиапатита.
Проведя тщательный анализ, исследователи обнаружили, что ионам натрия требуется меньше энергии для формирования этих кластеров. Это открытие указывает на то, что при определённых условиях натрий-ионные аккумуляторы, также называемые SIB, могут заряжаться быстрее, чем литий-ионные аккумуляторы.
«Ключевым моментом в разработке улучшенных материалов для высокопроизводительных литий-ионных аккумуляторов является достижение более высокой скорости процесса заполнения пор, чтобы можно было использовать их при высокой скорости зарядки», — пояснил ведущий автор исследования Шиничи Комаба, профессор кафедры прикладной химии Токийского научного университета, в заявлении. «Кроме того, наши результаты показывают, что внедрение натрия менее чувствительно к температуре, поскольку требует меньшей энергии активации, чем литиация.»
В реальном мире эти результаты могут способствовать более широкому внедрению натрий-ионных аккумуляторов для задач, требующих невероятно высокой скорости зарядки или разрядки. Например, системы хранения энергии на аккумуляторных батареях в масштабах энергосети выиграют от возможности быстро разряжать энергию по требованию. Кроме того, крайне важно, чтобы аккумуляторы оставались стабильными при их масштабном использовании для хранения энергии, вырабатываемой возобновляемыми источниками.
Как отмечается в исследовании 2025 года, проведённом учёными из Исламского технологического университета, Университета штата Айдахо и Университета Ватерлоо, натрий-ионные аккумуляторы безопаснее литий-ионных. Это связано с тем, что содержащиеся в них стабильные ионы натрия менее подвержены цепной реакции, которая приводит к возгоранию или даже взрыву литий-ионных аккумуляторов при повреждении.
Национальный совет начальников пожарной охраны Великобритании заявил, что аккумуляторные системы хранения энергии, в которых используются литий-ионные аккумуляторы, представляют «значительную пожарную опасность», особенно потому, что такие аккумуляторы сложно потушить, если они загорелись.
Тепловой разгон — самоподдерживающийся процесс, приводящий к возгоранию литий-ионных аккумуляторов, — может протекать даже без доступа кислорода.Британский совет по безопасности отметил, что после возгорания литий-ионные аккумуляторы в некоторых электромобилях могут гореть часами или даже днями.
Если производить натрий-ионные аккумуляторы в больших объёмах, как те, что были протестированы в ходе исследования, можно будет полностью избежать этих рисков.
«Наши результаты количественно демонстрируют, что скорость зарядки SIB с использованием анода HC может быть выше, чем у LIB [литий-ионного аккумулятора]», — говорится в заявлении Комабы.Пишет livescience
.png "Получай новости на почту. Подписаться")