Da li litijum-jonske baterije odlaze u prošlost: Pronađen inovativni materijal za bezbednije skladištenje energije

Istraživači sa Naučnog univerziteta u Tokiju napravili su nove natrijum-jonske (Na-ion) baterije primenjujući novi elektrolit zasnovan na ugljeniku kako bi poboljšali energetsku gustinu i brzinu punjenja.

Naučnici već neko vreme istražuju Na-ion baterije kao alternativu Li-ion tehnologiji zbog njihove veće stabilnosti i niže cene, ali je napredak bio usporen zbog brojnih tehničkih ograničenja.

Sve baterije imaju anodu i katodu, odnosno, elektrode koje određuju kako električna struja ulazi i izlazi iz uređaja. Kod Li-ion baterija, katoda je uglavnom napravljena od grafita, jer je to odličan materijal za skladištenje litijumskih jona koji se kasnije oslobađaju.

Međutim, Na-ion baterije koriste takozvani čvrsti ugljenik, porozni materijal sastavljen od hiljada "turbostratičkih osnovnih strukturnih jedinica", odnosno složene kristalne strukture koja je veoma pogodna za skladištenje natrijumskih jona. Teoretski, to omogućava veoma brzo punjenje.

Ipak, ranija istraživanja pokazala su da je teško praktično ostvariti tu brzinu, jer joni koji velikom brzinom ulaze u gust elektrolit nailaze na usporavanje slično saobraćajnoj gužvi. U novoj studiji, objavljenoj 15. decembra 2025. u časopisu Chemical Science, istraživači su pokušali da prevaziđu ovaj problem, piše Live Science.

Smanjenje rizika kod litijum-jonskih baterija

Istraživači su kombinovali male količine čvrstog ugljenika sa aluminijum-oksidom, hemijski inertnim materijalom, stvarajući novu elektrodu. Time je omogućeno da joni slobodno ulaze u čestice ugljenika bez "stvaranja gužve".

profimedia

Nakon rešavanja ovog problema, istraživači su pokazali da natrijumski joni mogu ulaziti u čvrsti ugljenik gotovo istom brzinom kojom litijumski joni ulaze u grafit u Li-ion baterijama.

Utvrđeno je i da glavno usko grlo procesa predstavlja brzina kojom joni popunjavaju "pore" u čvrstom ugljeniku, odnosno proces u kojem joni formiraju pseudo-metalne klastere unutar mikroskopskih šupljina na površini materijala.

Detaljnom analizom ustanovljeno je da natrijumskim jonima treba manje energije za formiranje ovih klastera. To ukazuje da, pod odgovarajućim uslovima, Na-ion baterije, poznate i kao SIB baterije, mogu postići brže punjenje od Li-ion baterija.

"Ključni cilj u razvoju naprednijih materijala za brzo punjive SIB baterije jeste postizanje brže kinetike procesa popunjavanja pora, kako bi baterije mogle da rade pri visokim brzinama punjenja. Naši rezultati takođe sugerišu da je ubacivanje natrijuma manje osetljivo na temperaturu, jer zahteva manju energiju aktivacije u odnosu na litijum", objasnio je u saopštenju glavni autor studije Šiniči Komaba, profesor primenjene hemije na Univerzitetu nauke u Tokiju.

U praksi, rezultati bi mogli pomoći širem usvajanju Na-ion baterija u primenama gde su potrebne izuzetno brze brzine punjenja ili pražnjenja. Na primer, veliki sistemi za skladištenje energije u elektroenergetskim mrežama imali bi koristi od mogućnosti brzog isporučivanja energije kada je potrebna. Stabilnost baterija je posebno važna kada se koriste za skladištenje energije proizvedene iz obnovljivih izvora.,

Li-ion baterije nose rizik od požara

Na-ion baterije su bezbednije od Li-ion baterija, pokazuje i studija iz 2025. godine istraživača sa Islamic University of Technology, Idaho State University i University of Waterloo. Razlog je što su natrijumski joni stabilniji i manje skloni lančanoj reakciji koja kod Li-ion baterija može izazvati požar ili eksploziju nakon oštećenja.

Britanski Nacionalni savet vatrogasnih službi upozorio je da sistemi za skladištenje energije koji koriste Li-ion baterije predstavljaju značajan požarni rizik, posebno zato što se takvi požari teško gase.

Proces poznat kao termički beg, koji izaziva zapaljenje Li-ion baterija, može se nastaviti čak i bez prisustva kiseonika. Britanski Savet za bezbednost navodi da baterije u nekim električnim vozilima nakon paljenja mogu goreti satima, pa čak i danima.

Ako se budu proizvodile u velikim količinama, Na-ion baterije poput onih testiranih u ovoj studiji mogle bi u potpunosti izbeći ove rizike.

"Naši rezultati kvantitativno pokazuju da brzina punjenja SIB baterije sa anodama od čvrstog ugljenika može biti veća nego kod litijum-jonskih baterija", zaključio je Komaba.