Tema - Srbija

Baterije budućnosti, da li će natrijum zameniti litijum

Koristeći natrijum-jonske baterije, alternativu litijum-jonskim baterijama koje se nalaze u većini današnjih uređaja, istraživači sa Univerziteta nauka u Tokiju upotrebili su novi elektrolit na bazi ugljenika kako bi poboljšali gustinu energije i brzinu punjenja natrijum-jonskih baterija.

Naučnici već neko vreme istražuju natrijum-jonske baterije kao alternativu litijum-jonskim baterijama zbog njihove veće stabilnosti i nižih troškova, ali su brojna tehnološka „uska grla“ i ograničenja do sada sprečavala napredak ove tehnologije.

Sve baterije sadrže anodu i katodu, dve elektrode koje određuju kako struja ulazi u uređaj i izlazi iz njega. Kod litijum-jonskih baterija, katoda je uglavnom napravljena od grafita, jer je to izuzetno dobar materijal za skladištenje litijumovih jona koji se kasnije oslobađaju.

Međutim, natrijum-jonske baterije koriste tvrdi ugljenik (hard carbon – HC) – poroznu kombinaciju hiljada „turbostratičnih osnovnih strukturnih jedinica“, što je u suštini složena kristalna struktura koja je izuzetno pogodna za skladištenje natrijumovih jona. To je, barem u teoriji, materijal koji omogućava veoma brzo punjenje.

Dosadašnja istraživanja HC-a pokazala su da je teško dokazati da je ova teorijska brzina punjenja praktično ostvariva, jer joni koji velikom brzinom ulaze u gusti elektrolit nailaze na usporenje slično saobraćajnoj gužvi. Međutim, u novoj studiji objavljenoj 15. decembra 2025. godine u časopisu Chemical Science, naučnici su nastojali da prevaziđu ovu prepreku.

Smanjenje rizika kod litijum-jonskih baterija

Istraživači su kombinovali male koncentracije HC-a sa aluminijum-oksidom, hemijski inertnim materijalom, u jednu elektrodu. To je omogućilo jonima da slobodno ulaze u HC čestice bez „gužvi“.

Nakon što je ovaj problem rešen, istraživači su pokazali da natrijumovi joni mogu da ulaze u HC sličnim brzinama kao što litijumovi joni ulaze u grafit kod litijum-jonskih baterija.

Takođe su utvrdili da je usko grlo celokupnog procesa brzina kojom joni ispunjavaju „pore“ unutar HC-a, pri čemu „pore“ označavaju proces u kome joni formiraju pseudometalne klastere unutar nanoskopski malih pora rasutih po površini HC-a.

Detaljnom analizom, istraživači su otkrili da je natrijumovim jonima potrebno manje energije da formiraju ove klastere. Ovo otkriće ukazuje na to da, pod pravim uslovima, natrijum-jonske baterije mogu da postignu brže brzine punjenja nego litijum-jonske baterije.

„Ključna tačka u razvoju unapređenih HC materijala za brzo punjive natrijum-jonske jeste postizanje brže kinetike procesa popunjavanja pora, kako bi im se moglo pristupiti pri visokim stopama punjenja“, objasnio je glavni autor studije Šiniči Komaba, profesor na Katedri za primenjenu hemiju Univerziteta nauka u Tokiju, u saopštenju.

U stvarnom svetu, ovi rezultati mogli bi da pomognu da natrijum-jonske baterije postanu široko prihvaćene u primenama koje zahtevaju izuzetno brzo punjenje ili pražnjenje. Na primer, sistemi za skladištenje energije na nivou elektroenergetske mreže imali bi korist od mogućnosti da brzo isporuče energiju po potrebi. Takođe je od presudne važnosti da baterije ostanu stabilne kada se koriste u velikim razmerama za skladištenje energije proizvedene iz obnovljivih izvora.

Natijum-jonske baterije su bezbednije od litijum-jonskih baterija, kako je navedeno u jednoj studiji iz 2025. godine koju su sproveli istraživači sa Islamskog univerziteta za tehnologiju, Državnog univerziteta Ajdaha i Univerziteta u Vaterlou. Razlog je to što su stabilni natrijumovi joni koje sadrže manje skloni lančanoj reakciji koja dovodi do toga da litijum-jonske baterije gore ili čak eksplodiraju kada su oštećene.

Ako bi se proizvodile u velikim razmerama, stručnjaci kažu da bi natrijum-jonske baterije poput onih testiranih u studiji mogle bi u potpunosti da izbegnu ove rizike.