Istraživači sa Naučnog univerziteta u Tokiju razvili su nove natrijum-jonske (Na-ion) baterije koristeći inovativni elektrolit na bazi ugljenika, što je omogućilo povećanje energetske gustine i brzine punjenja ovih baterija. Ova tehnologija predstavlja alternativu tradicionalnim litijum-jonskim baterijama, koje su trenutno dominantne na tržištu, ali se suočavaju sa problemima poput visoke cene i potencijalnih sigurnosnih rizika.
Na-ion baterije su privukle pažnju naučnika zbog svoje veće stabilnosti i nižih troškova u poređenju sa Li-ion tehnologijom. Međutim, dosadašnji napredak u razvoju Na-ion baterija bio je usporen zbog tehničkih izazova, naročito kada je reč o brzini punjenja. U klasičnim Li-ion baterijama, katoda je obično napravljena od grafita, dok Na-ion baterije koriste čvrsti ugljenik, koji se pokazao kao odličan materijal za skladištenje natrijumskih jona.
Jedan od glavnih izazova u razvoju Na-ion baterija bio je problem usporavanja jona prilikom ulaska u gusti elektrolit, što je dalo efekat sličan saobraćajnoj gužvi. U novoj studiji objavljenoj u časopisu Chemical Science, istraživači su se fokusirali na rešavanje ovog problema kombinovanjem čvrstog ugljenika sa aluminijum-oksidom, hemijski inertnim materijalom. Ova inovativna elektrode omogućava slobodniji ulaz natrijumskih jona u čestice ugljenika, čime se smanjuje zagušenje.
Nakon sprovedenih eksperimenata, rezultati su pokazali da natrijumski joni mogu ulaziti u čvrsti ugljenik gotovo istom brzinom kao litijumski joni u grafit kod Li-ion baterija. Ključni faktor brzine punjenja je otkriven u procesu formiranja pseudo-metalnih klastera unutar mikroskopskih šupljina na površini čvrstog ugljenika, gde je utvrđeno da natrijumskim jonima treba manje energije za formiranje ovih klastera. To sugeriše da pod optimalnim uslovima, Na-ion baterije mogu ostvariti brže punjenje od Li-ion baterija.
Šiniči Komaba, glavni autor studije, istakao je da je jedan od glavnih ciljeva razvoja ovih baterija postizanje brže kinetike procesa punjenja kako bi se omogućilo brzo punjenje pri visokim brzinama. Ovi rezultati imaju potencijal da doprinesu širem usvajanju Na-ion baterija u situacijama gde su potrebne brze brzine punjenja ili pražnjenja, kao što su sistemi za skladištenje energije u elektroenergetskim mrežama.
Pored toga, Na-ion baterije su pokazale veću sigurnost u odnosu na Li-ion baterije, koje nose rizik od požara zbog mogućih lančanih reakcija. Nova istraživanja ukazuju da natrijumski joni imaju manje šanse za izazivanje ovih problema, što dodatno povećava atraktivnost ove tehnologije. Ukoliko se Na-ion baterije budu proizvodile u velikim količinama, mogle bi značajno smanjiti rizike povezane sa litijum-jonskim baterijama, što bi moglo dovesti do njihove šire primene u industriji i svakodnevnom životu.
