Батерије будућности, да ли ће натријум заменити литијум

Користећи натријум-јонске батерије, алтернативу литијум-јонским батеријама које се налазе у већини данашњих уређаја, истраживачи са Универзитета наука у Токију употребили су нови електролит на бази угљеника како би побољшали густину енергије и брзину пуњења натријум-јонских батерија.

Научници већ неко време истражују натријум-јонске батерије као алтернативу литијум-јонским батеријама због њихове веће стабилности и нижих трошкова, али су бројна технолошка „уска грла“ и ограничења до сада спречавала напредак ове технологије.

Све батерије садрже аноду и катоду, две електроде које одређују како струја улази у уређај и излази из њега. Код литијум-јонских батерија, катода је углавном направљена од графита, јер је то изузетно добар материјал за складиштење литијумових јона који се касније ослобађају.

Међутим, натријум-јонске батерије користе тврди угљеник (hard carbon – ХЦ) – порозну комбинацију хиљада „турбостратичних основних структурних јединица“, што је у суштини сложена кристална структура која је изузетно погодна за складиштење натријумових јона. То је, барем у теорији, материјал који омогућава веома брзо пуњење.

Досадашња истраживања ХЦ-а показала су да је тешко доказати да је ова теоријска брзина пуњења практично остварива, јер јони који великом брзином улазе у густи електролит наилазе на успорење слично саобраћајној гужви. Међутим, у новој студији објављеној 15. децембра 2025. године у часопису Chemical Science, научници су настојали да превазиђу ову препреку.

Смањење ризика код литијум-јонских батерија

Истраживачи су комбиновали мале концентрације ХЦ-а са алуминијум-оксидом, хемијски инертним материјалом, у једну електроду. То је омогућило јонима да слободно улазе у ХЦ честице без „гужви“.

Након што је овај проблем решен, истраживачи су показали да натријумови јони могу да улазе у ХЦ сличним брзинама као што литијумови јони улазе у графит код литијум-јонских батерија.

Такође су утврдили да је уско грло целокупног процеса брзина којом јони испуњавају „поре“ унутар ХЦ-а, при чему „поре“ означавају процес у коме јони формирају псеудометалне кластере унутар наноскопски малих пора расутих по површини ХЦ-а.

Детаљном анализом, истраживачи су открили да је натријумовим јонима потребно мање енергије да формирају ове кластере. Ово откриће указује на то да, под правим условима, натријум-јонске батерије могу да постигну брже брзине пуњења него литијум-јонске батерије.

„Кључна тачка у развоју унапређених ХЦ материјала за брзо пуњиве натријум-јонске јесте постизање брже кинетике процеса попуњавања пора, како би им се могло приступити при високим стопама пуњења“, објаснио је главни аутор студије Шиничи Комаба, професор на Катедри за примењену хемију Универзитета наука у Токију, у саопштењу.

У стварном свету, ови резултати могли би да помогну да натријум-јонске батерије постану широко прихваћене у применама које захтевају изузетно брзо пуњење или пражњење. На пример, системи за складиштење енергије на нивоу електроенергетске мреже имали би корист од могућности да брзо испоруче енергију по потреби. Такође је од пресудне важности да батерије остану стабилне када се користе у великим размерама за складиштење енергије произведене из обновљивих извора.

Натијум-јонске батерије су безбедније од литијум-јонских батерија, како је наведено у једној студији из 2025. године коју су спровели истраживачи са Исламског универзитета за технологију, Државног универзитета Ајдаха и Универзитета у Ватерлоу. Разлог је то што су стабилни натријумови јони које садрже мање склони ланчаној реакцији која доводи до тога да литијум-јонске батерије горе или чак експлодирају када су оштећене.

Ако би се производиле у великим размерама, стручњаци кажу да би натријум-јонске батерије попут оних тестираних у студији могле би у потпуности да избегну ове ризике.