Istraživači sa Naučnog univerziteta u Tokiju razvili su nove natrijum-jonske (Na-ion) baterije koristeći inovativni elektrolit na bazi ugljenika, s ciljem poboljšanja energetske gustine i ubrzanja procesa punjenja. Ove baterije postaju sve više privlačne kao alternativa litijum-jonskim (Li-ion) tehnologijama zbog svoje veće stabilnosti i niže cene, iako je napredak u ovoj oblasti bio usporen zbog različitih tehničkih izazova.
U svakom akumulatoru postoje anoda i katoda, elektrode koje određuju način na koji električna struja ulazi i izlazi iz uređaja. U Li-ion baterijama, katoda je najčešće od grafita, koji je izvanredan materijal za skladištenje litijumskih jona. Nasuprot tome, Na-ion baterije koriste čvrsti ugljenik, porozni materijal sastavljen od složenih kristalnih struktura pogodnih za skladištenje natrijumskih jona. Ova struktura omogućava brzo punjenje, ali su ranija istraživanja pokazala da u praksi dolazi do zagušenja jona pri visokoj brzini, što otežava postizanje željenih performansi.
Istraživači su se suočili sa ovim problemom u novoj studiji objavljenoj 15. decembra 2025. godine u časopisu Chemical Science. Kombinovanjem malih količina čvrstog ugljenika sa aluminijum-oksidom, hemijski inertnim materijalom, razvili su novu elektrodu koja omogućava lakši prolaz natrijumskih jona kroz čestice ugljenika, eliminirajući „gužvu“ koja je ranije bila problem.
Nakon rešavanja ovog izazova, istraživači su otkrili da natrijumski joni mogu ulaziti u čvrsti ugljenik gotovo istom brzinom kao što litijumski joni ulaze u grafit u Li-ion baterijama. Utvrđeno je da je glavni usko grlo procesa brzina popunjavanja „pora“ u čvrstom ugljeniku, gde joni formiraju pseudo-metalne klastere unutar mikroskopskih šupljina na površini materijala. Analize su pokazale da natrijumskim jonima treba manje energije za formiranje ovih klastera, što sugeriše da Na-ion baterije, poznate i kao SIB baterije, mogu postići brže punjenje od Li-ion baterija.
Glavni cilj u razvoju ovih naprednih materijala je postizanje brže kinetike procesa popunjavanja pora, kako bi baterije mogle raditi pri visokim brzinama punjenja. Istraživači su takođe primetili da je ubacivanje natrijuma manje osetljivo na promene temperature u poređenju sa litijumom, jer zahteva manju energiju aktivacije.
Ovi rezultati imaju potencijal da omoguće širu primenu Na-ion baterija u situacijama gde su potrebne ekstremno brze brzine punjenja ili pražnjenja. Na primer, veliki sistemi za skladištenje energije u elektroenergetskim mrežama mogli bi profitirati od mogućnosti brzog isporučivanja energije kada je to najpotrebnije. Stabilnost ovih baterija je posebno važna za skladištenje energije proizvedene iz obnovljivih izvora.
Osim toga, Na-ion baterije predstavljaju bezbedniju alternativu Li-ion baterijama. To pokazuju rezultati istraživanja iz 2025. godine, koji su otkrili da su natrijumski joni stabilniji i manje skloni lančanim reakcijama koje mogu izazvati požar ili eksploziju, što je čest rizik kod Li-ion baterija. Britanski Nacionalni savet vatrogasnih službi upozorava da sistemi za skladištenje energije koji koriste Li-ion baterije imaju značajan požarni rizik, a proces poznat kao termički beg može izazvati zapaljenje čak i bez prisustva kiseonika.
U svetlu ovih saznanja, ako se Na-ion baterije budu proizvodile u velikim količinama, one bi mogle u potpunosti eliminisati rizike povezane s Li-ion tehnologijama. Istraživači su zaključili da brzina punjenja SIB baterija sa anodama od čvrstog ugljenika može biti veća nego kod litijum-jonskih baterija, što otvara mogućnosti za dalji razvoj i usavršavanje ovih inovativnih rešenja u oblasti skladištenja energije.
