Baanbrekend onderzoek van de Tokyo University of Science toont aan dat natrium-ion (Na-ion) batterijen binnenkort lithium-ion (Li-ion) batterijen zouden kunnen vervangen in toepassingen die snel opladen, een hoge energiedichtheid en verbeterde veiligheid vereisen. De bevindingen, gepubliceerd in Chemical Science op 15 december 2025, geven aan dat deze batterijen van de volgende generatie belangrijke beperkingen kunnen overwinnen die de bredere acceptatie van Na-ion-technologie hebben tegengehouden.
De beperkingen van lithium-ion en de opkomst van natrium-ion
Jarenlang hebben Li-ion-batterijen de markt voor energieopslag gedomineerd en voorzien ze van stroom van smartphones tot elektrische voertuigen. Li-ion-batterijen brengen echter inherente risico’s met zich mee: ze zijn gevoelig voor thermische oververhitting (oncontroleerbare oververhitting en potentiële branden), en hun afhankelijkheid van lithium, een geografisch geconcentreerde hulpbron, geeft aanleiding tot zorgen in de toeleveringsketen.
Na-ionbatterijen bieden een mogelijke oplossing. Natrium is veel overvloediger en goedkoper dan lithium, en Na-ion-batterijen zijn inherent stabieler. De uitdaging tot nu toe is het bereiken van vergelijkbare prestaties als Li-ion op het gebied van laadsnelheid en energiedichtheid.
Hoe de doorbraak werkt
Het team van de Tokyo University of Science concentreerde zich op harde koolstof (HC), een materiaal dat bekend staat om zijn vermogen om natriumionen snel op te slaan. Eerdere pogingen om de oplaadsnelheid te maximaliseren werden echter belemmerd door “files” in de elektrolyt-ionen van de batterij die in de HC terechtkwamen.
Om dit op te lossen combineerden de onderzoekers HC met aluminiumoxide, waardoor een gecombineerde elektrode ontstond waardoor ionen vrij konden stromen. Hierdoor konden natriumionen HC binnendringen met een snelheid die vergelijkbaar was met die van lithiumionen die grafiet in een Li-ionbatterij binnendringen.
De belangrijkste bevinding is dat natriumionen minder energie nodig hebben om zich te clusteren in de microscopische poriën van HC, wat betekent dat Na-ion-batterijen theoretisch sneller kunnen opladen dan Li-ion-batterijen. Dit is belangrijk omdat het een al lang bestaande barrière voor de commercialisering van Na-ionen aanpakt.
Implicaties in de praktijk en veiligheidsvoordelen
Deze doorbraak heeft grote gevolgen voor de energieopslag. Accusystemen op netschaal, die snelle ontladingsmogelijkheden vereisen voor de integratie van hernieuwbare energie, zullen hier enorm van profiteren. Snelladende Na-ion-batterijen kunnen ook de energieopslag in elektrische voertuigen en andere veelgevraagde toepassingen verbeteren.
Belangrijker nog is dat Na-ion-batterijen aanzienlijk veiliger zijn dan hun lithium-tegenhangers. Zoals blijkt uit onderzoeken van de Islamic University of Technology, Idaho State University en de University of Waterloo, zijn natriumionen minder gevoelig voor de op hol geslagen reacties die ervoor zorgen dat Li-ion-batterijen verbranden of exploderen.
Brandveiligheid is een cruciaal punt van zorg: de Britse National Fire Chiefs Council heeft gewaarschuwd voor het “aanzienlijke brandrisico” van energieopslagsystemen met Li-ion-batterijen, die na ontbranding uren of zelfs dagen kunnen branden. Na-ionbatterijen bieden daarentegen een veel stabieler alternatief.
“Onze resultaten tonen kwantitatief aan dat de laadsnelheid van een SIB met behulp van een HC-anode sneller kan zijn dan die van een LIB”, aldus Shinichi Komaba, de hoofdauteur van het onderzoek.
Dit onderzoek onderstreept dat de toekomst van energieopslag mogelijk in natrium ligt, omdat dit een overtuigende combinatie biedt van prestaties, kosteneffectiviteit en verbeterde veiligheid.
