Istraživači sa Naučnog univerziteta u Tokiju razvili su nove natrijum-jonske (Na-ion) baterije koristeći inovativni elektrolit zasnovan na ugljeniku, s ciljem poboljšanja energetske gustine i brzine punjenja. Ova istraživanja su deo napora da se Na-ion baterije postave kao konkurentna alternativa litijum-jonskim (Li-ion) tehnologijama, koje su trenutno dominantne na tržištu. Natrijum-jonske baterije nude prednosti u vidu veće stabilnosti i niže cene, ali su se do sada suočavale s brojnim tehničkim izazovima koji su usporavali njihov razvoj.
Kao i kod Li-ion baterija, Na-ion baterije imaju anodu i katodu, a njihovo funkcionisanje zavisi od elektrode koja određuje kako električna struja ulazi i izlazi iz uređaja. Dok je katoda kod Li-ion baterija obično napravljena od grafita, Na-ion baterije koriste čvrsti ugljenik, porozan materijal koji sadrži složene kristalne strukture pogodnije za skladištenje natrijumskih jona. Teoretski, ova struktura omogućava brže punjenje, ali prethodna istraživanja su pokazala da u praksi postoji problem usporavanja jona u gustim elektrolitima.
U najnovijem radu, objavljenom 15. decembra 2025. godine u časopisu Chemical Science, istraživači su kombinovali male količine čvrstog ugljenika s aluminijum-oksidom, stvarajući novu elektrodu koja omogućava slobodno kretanje jona unutar čestica ugljenika bez gužve. Ova inovacija omogućila je da natrijumski joni ulaze u čvrsti ugljenik gotovo istom brzinom kao litijumski joni u grafit, što može značajno poboljšati brzinu punjenja Na-ion baterija.
Dalja istraživanja su otkrila da je glavno usko grlo procesa brzina kojom joni popunjavaju pore u čvrstom ugljeniku. Istraživači su ustanovili da natrijumskim jonima treba manje energije za formiranje klastera unutar tih pora, što sugeriše da pod povoljnim uslovima Na-ion baterije mogu postići brže punjenje od Li-ion baterija. Glavni autor studije, profesor Šiniči Komaba, istakao je važnost razvoja materijala koji omogućavaju brzo punjenje, kao i to da je ubacivanje natrijuma manje osetljivo na temperaturu u poređenju s litijumom.
Ovi rezultati imaju potencijal da doprinesu širem usvajanju Na-ion baterija, posebno u aplikacijama gde su potrebne brze brzine punjenja ili pražnjenja. Na primer, u velikim sistemima za skladištenje energije, mogućnost brzog isporučivanja energije može značajno poboljšati efikasnost elektroenergetskih mreža. Stabilnost ovih baterija je posebno važna kada se koriste za skladištenje energije proizvedene iz obnovljivih izvora.
Pored toga, Na-ion baterije su pokazale i veću sigurnost u poređenju s Li-ion baterijama. Studije su pokazale da su natrijumski joni stabilniji i manje skloni lančanim reakcijama koje mogu izazvati požare ili eksplozije kod Li-ion baterija. Britanski Nacionalni savet vatrogasnih službi upozorio je da sistemi za skladištenje energije koji koriste Li-ion baterije predstavljaju značajan požarni rizik, posebno zato što su takvi požari teško gasiti.
Termički beg, proces koji uzrokuje zapaljenje Li-ion baterija, može se nastaviti čak i bez prisustva kiseonika, a neki požari mogu goriti satima ili čak danima. Razvoj Na-ion baterija, koje bi mogle biti proizvedene u velikim količinama, može pomoći u izbegavanju ovih rizika.
Na kraju, rezultati istraživanja su pokazali da brzina punjenja SIB baterija sa anodama od čvrstog ugljenika može biti veća od brzine punjenja litijum-jonskih baterija. Ova otkrića otvaraju nove mogućnosti za razvoj brže punjivih i sigurnijih baterija koje bi mogle transformisati industriju skladištenja energije.
