В Корейском институте передовых наук и технологий (KAIST) группа исследователей под руководством профессора Юнг Ку Канга с кафедры материаловедения и инженерии совершила прорыв в области аккумуляторных технологий. Учёным удалось разработать высокопроизводительную гибридную натрий-ионную батарею, которая способна быстро заряжаться и обладает впечатляющей плотностью энергии.
Ключевое отличие этого прототипа от существующих литий-ионных аккумуляторов заключается в использовании натрия (Na) вместо лития (Li). Натрий является более распространённым и доступным химическим элементом — его запасы в природе в 1000 раз превышают литиевые, что делает производство таких батарей гораздо более экономичным.
Однако традиционные натрий-ионные батареи сталкиваются с рядом ограничений, включая более низкую выходную мощность, ограниченные возможности хранения энергии и увеличенное время зарядки по сравнению с литий-ионными аналогами. Коллективу южнокорейских ученых удалось устранить эти недостатки благодаря инновационному конструктивному решению.
В своей разработке исследователи интегрировали анодные материалы, используемые в традиционных литий-ионных батареях, с катодами, применяемыми в суперконденсаторах, объединив их в единую гибридную систему. Такой подход позволил добиться высокой ёмкости накопителя при одновременно высокой скорости зарядки-разрядки.
Ключевой задачей при создании гибридной батареи было повышение скорости накопления энергии анодов аккумуляторного типа и увеличение относительно низкой ёмкости катодных материалов суперконденсаторного типа. Для её решения исследовательская группа KAIST применила две различные металлоорганические структуры, что в итоге привело к оптимизированному синтезу анодного материала с улучшенной кинетикой и катодного материала высокой ёмкости.
По данным учёных, полностью собранное гибридное натрий-ионное устройство хранения энергии продемонстрировало плотность энергии 247 ватт-часов на килограмм, что превосходит показатели коммерческих литий-ионных батарей. При этом его плотность мощности 34 748 ватт на килограмм соответствует характеристикам суперконденсаторов. Таким образом, новая разработка сочетает в себе высокую энергоёмкость и возможность быстрой зарядки-разрядки.
Создатели инновационной батареи убеждены, что она может найти широкое применение во многих отраслях промышленности, включая производство электромобилей, интеллектуальной электроники, а также в аэрокосмической сфере. Результаты этого исследования были опубликованы в международном научном журнале Energy Storage Materials.