Проривні дослідження Токійського університету науки демонструють, що натрій-іонні (Na-іонні) батареї незабаром можуть замінити літій-іонні (Li-ion) батареї в програмах, які потребують швидкого заряджання, високої щільності енергії та покращеної безпеки. Результати, опубліковані в Chemical Science 15 грудня 2025 року, показують, що ці батареї наступного покоління можуть подолати ключові обмеження, які стримували широке впровадження Na-іонна технологія.
Обмеження літій-іонних батарей і зростання натрій-іонних
Протягом багатьох років літій-іонні батареї домінували на ринку зберігання енергії, живлячи все від смартфонів до електромобілів. Однак літій-іонні батареї несуть властиві ризики: вони схильні до перегріву (неконтрольоване перегрівання та потенційні пожежі), а їхня залежність від літію, географічно зосередженого ресурсу, викликає занепокоєння в ланцюзі поставок.
Натрій-іонні акумулятори пропонують потенційне рішення. Натрій набагато більший і дешевший, ніж літій, а натрієво-іонні батареї за своєю суттю більш стабільні. Досі завдання полягало в досягненні порівнянної продуктивності з літій-іонними акумуляторами з точки зору швидкості заряджання та щільності енергії.
Як працює прорив
Команда Токійського університету науки зосередилася на твердому вуглеці (HC), матеріалі, відомому своєю здатністю швидко накопичувати іони натрію. Однак попередні спроби максимізувати швидкість заряджання перешкоджали «слимакам» всередині електроліту батареї — іони застрягали, коли вони потрапляли в HC.
Щоб вирішити цю проблему, дослідники поєднали HC з оксидом алюмінію, створивши комбінований електрод, який дозволяв іонам вільно протікати. Це дозволило іонам натрію проникати в HC зі швидкістю, порівнянною зі швидкістю іонів літію в графіт в літій-іонному акумуляторі.
Ключовий висновок полягає в тому, що іони натрію потребують менше енергії для скупчення в мікроскопічних порах HC, що означає, що Na-іонні батареї теоретично можуть заряджатися швидше, ніж Li-ion батареї. Це важливо, оскільки усуває давню перешкоду для комерціалізації Na-ion.
Реальний вплив і переваги безпеки
Цей прорив має серйозні наслідки для зберігання енергії. Мережеві системи накопичення енергії, які потребують швидкої розрядки для інтеграції відновлюваних джерел енергії, можуть отримати величезну користь. Швидко заряджаючі Na-іонні батареї також можуть покращити накопичення енергії в електромобілях та інших затребуваних додатках.
Що ще важливіше, Na-ion батареї значно безпечніші за літієві аналоги. Згідно з дослідженнями Ісламського технологічного університету, Університету штату Айдахо та Університету Ватерлоо, іони натрію менш схильні до реакцій, які призводять до займання або вибуху літій-іонних батарей.
Пожежна безпека є критичним питанням: Рада старших пожежних офіцерів Великобританії попередила про «значний ризик пожежі», пов’язаний із системами зберігання енергії на літій-іонних акумуляторах, які можуть горіти протягом годин або навіть днів після займання. З іншого боку, натрій-іонні батареї пропонують набагато стабільнішу альтернативу.
«Наші результати кількісно демонструють, що швидкість заряду SIB з анодом HC може досягати вищих показників, ніж LIB», — сказав Шінічі Комаба, провідний автор дослідження.
Це дослідження підкреслює, що майбутнє зберігання енергії може бути за натрієм, пропонуючи переконливе поєднання продуктивності, рентабельності та підвищеної безпеки.
