Přelomový výzkum Tokijské univerzity vědy ukazuje, že sodno-iontové (Na-ion) baterie by mohly brzy nahradit lithium-iontové (Li-ion) baterie v aplikacích vyžadujících rychlé nabíjení, vysokou hustotu energie a zlepšenou bezpečnost. Výsledky zveřejněné v Chemical Science dne 15. prosince 2025 naznačují, že tyto baterie nové generace by mohly překonat klíčová omezení, která brání širšímu zavádění Na-technologií.
Omezení lithium-iontových baterií a nárůst sodíku-iontů
Po léta dominovaly lithium-iontové baterie na trhu s ukládáním energie a napájely vše od chytrých telefonů po elektrická vozidla. Lithium-iontové baterie však s sebou nesou přirozená rizika: jsou náchylné k tepelnému úniku (nekontrolovanému přehřátí a potenciálním požárům) a jejich závislost na lithiu, geograficky koncentrovaném zdroji, vyvolává obavy v dodavatelském řetězci.
Potenciální řešení nabízejí sodno-iontové baterie. Sodík je mnohem hojnější a levnější než lithium a sodno-iontové baterie jsou ze své podstaty stabilnější. Až dosud bylo výzvou dosáhnout srovnatelného výkonu s lithium-iontovými bateriemi, pokud jde o rychlost nabíjení a hustotu energie.
Jak funguje průlom
Tým Tokyo University of Science se zaměřil na pevný uhlík (HC), materiál známý svou schopností rychle akumulovat sodíkové ionty. Předchozí pokusy o maximalizaci rychlosti nabíjení však byly brzděny „slizkami“ uvnitř elektrolytu baterie – ionty by při vstupu do HC uvízly.
K vyřešení tohoto problému výzkumníci zkombinovali HC s oxidem hlinitým, čímž vytvořili kombinovanou elektrodu, která umožnila iontům volně proudit. To umožnilo iontům sodíku proniknout do HC rychlostí srovnatelnou s ionty lithia do grafitu v lithium-iontové baterii.
Klíčovým zjištěním je, že ionty sodíku vyžadují méně energie k seskupení v mikroskopických pórech HC, což znamená, že Na-iontové baterie se mohou teoreticky nabíjet rychleji než Li-ion baterie. To je významné, protože to odstraňuje dlouhodobou překážku pro komercializaci Na-iontů.
Skutečné bezpečnostní dopady a výhody
Tento průlom má zásadní důsledky pro skladování energie. Systémy pro ukládání energie v síti, které vyžadují rychlé vybíjení k integraci obnovitelných zdrojů energie, mohou mít obrovský prospěch. Rychlonabíjecí Na-ion baterie mohou také zlepšit skladování energie v elektrických vozidlech a dalších aplikacích s vysokou poptávkou.
Ještě důležitější je, že Na-iontové baterie jsou výrazně bezpečnější než jejich lithiové protějšky. Podle výzkumu Islámské technologické univerzity, Státní univerzity v Idahu a University of Waterloo jsou sodné ionty méně náchylné k nekontrolovatelným reakcím, které způsobují, že lithium-iontové baterie vzplanou nebo explodují.
Požární bezpečnost je kritickým problémem: Rada vrchních hasičských důstojníků Spojeného království varovala před „významným rizikem požáru“ spojeným se systémy ukládání energie z lithium-iontových baterií, které mohou hořet hodiny nebo dokonce dny po zapálení. Sodno-iontové baterie naproti tomu nabízejí mnohem stabilnější alternativu.
„Naše výsledky kvantitativně ukazují, že rychlost nabíjení SIB s HC anodou může dosáhnout vyšších rychlostí než LIB,“ řekl Shinichi Komaba, hlavní autor studie.
Tento výzkum zdůrazňuje, že budoucnost skladování energie může spočívat v sodíku, který nabízí přesvědčivou kombinaci výkonu, hospodárnosti a vylepšené bezpečnosti.
