Przełomowe badania przeprowadzone na Uniwersytecie Naukowym w Tokio pokazują, że akumulatory sodowo-jonowe (Na-jonowe) mogą wkrótce zastąpić akumulatory litowo-jonowe (Li-ion) w zastosowaniach wymagających szybkiego ładowania, dużej gęstości energii i większego bezpieczeństwa. Wyniki opublikowane w czasopiśmie Chemical Science 15 grudnia 2025 r. wskazują, że akumulatory nowej generacji mogą pokonać kluczowe ograniczenia, które powstrzymują szersze zastosowanie technologii Na-jonowej.
Ograniczenia akumulatorów litowo-jonowych i wzrost zawartości jonów sodu
Od lat akumulatory litowo-jonowe zdominowały rynek magazynowania energii, zasilając wszystko, od smartfonów po pojazdy elektryczne. Jednakże akumulatory litowo-jonowe niosą ze sobą nieodłączne ryzyko: są podatne na niekontrolowaną utratę ciepła (niekontrolowane przegrzanie i potencjalny pożar), a ich zależność od litu, zasobu skoncentrowanego geograficznie, budzi obawy w łańcuchu dostaw.
Potencjalnym rozwiązaniem są akumulatory sodowo-jonowe. Sód występuje w znacznie większej ilości i jest tańszy niż lit, a akumulatory sodowo-jonowe są z natury bardziej stabilne. Do tej pory wyzwaniem było osiągnięcie wydajności porównywalnej z akumulatorami litowo-jonowymi pod względem szybkości ładowania i gęstości energii.
Jak działa przełom
Zespół Uniwersytetu Naukowego w Tokio skupił się na węglu stałym (HC), materiale znanym ze zdolności do szybkiego gromadzenia jonów sodu. Jednak poprzednie próby maksymalizacji prędkości ładowania były utrudniane przez „ślimaki” w elektrolicie akumulatora — jony blokowały się po wejściu do HC.
Aby rozwiązać ten problem, naukowcy połączyli HC z tlenkiem glinu, tworząc elektrodę kombinowaną, która umożliwiała swobodny przepływ jonów. Umożliwiło to penetrację jonów sodu do HC z szybkością porównywalną do szybkości przenikania jonów litu do grafitu w akumulatorze litowo-jonowym.
Kluczowym odkryciem jest to, że jony sodu wymagają mniej energii do skupienia się w mikroskopijnych porach HC, co oznacza, że akumulatory Na-jonowe mogą teoretycznie ładować się szybciej niż akumulatory litowo-jonowe. Jest to istotne, ponieważ usuwa długotrwałą barierę na drodze do komercjalizacji jonów sodu.
Rzeczywiste skutki i korzyści związane z bezpieczeństwem
Ten przełom ma poważne konsekwencje dla magazynowania energii. Systemy magazynowania energii w skali sieci, które wymagają szybkiego rozładowania w celu integracji odnawialnych źródeł energii, mogą przynieść ogromne korzyści. Szybko ładujące się akumulatory Na-jonowe mogą również usprawnić magazynowanie energii w pojazdach elektrycznych i innych zastosowaniach o dużym zapotrzebowaniu.
Co ważniejsze, akumulatory Na-ion są znacznie bezpieczniejsze niż ich litowe odpowiedniki. Badania przeprowadzone przez Islamski Uniwersytet Technologiczny, Idaho State University i University of Waterloo wykazały, że jony sodu są mniej podatne na niekontrolowane reakcje, które powodują zapalenie lub eksplozję akumulatorów litowo-jonowych.
Bezpieczeństwo pożarowe to kluczowa kwestia: Brytyjska Rada Głównych Funkcjonariuszy Straży Pożarnej ostrzegła przed „znacznym ryzykiem pożaru” związanym z systemami magazynowania energii w postaci akumulatorów litowo-jonowych, które mogą palić się godzinami, a nawet dniami po zapłonie. Z drugiej strony akumulatory sodowo-jonowe stanowią znacznie stabilniejszą alternatywę.
„Nasze wyniki ilościowo pokazują, że szybkość ładowania SIB z anodą HC może osiągnąć wyższą szybkość ładowania niż LIB” – powiedział Shinichi Komaba, główny autor badania.
Badanie to podkreśla, że przyszłość magazynowania energii może wiązać się z sodem, oferującym przekonujące połączenie wydajności, opłacalności i większego bezpieczeństwa.
