Натрій (Na), який більш ніж у 500 разів більший, ніж літій (Li), нещодавно привернув значний інтерес через його потенційне використання в технологіях натрій-іонних батарей. Однак існуючі натрієво-іонні батареї мають фундаментальні обмеження, включаючи нижчу вихідну потужність, обмежені властивості зберігання та довший час заряджання, що вимагає розробки матеріалів для накопичення енергії нового покоління.
11 квітня KAIST (в особі президента Кван Хюн Лі) оголосив, що дослідницька група під керівництвом професора Jeung Ku Kang з Департаменту матеріалознавства та інженерії розробила високоенергетичну та потужну гібридну натрієво-іонну батарею, здатну швидкої зарядки.
Інноваційна гібридна система накопичення енергії поєднує анодні матеріали, які зазвичай використовуються в батареях, з катодами, придатними для суперконденсаторів. Ця комбінація дозволяє пристрою досягти як високої ємності накопичувача, так і швидкої швидкості заряду та розряду, позиціонуючи його як життєздатну альтернативу наступного покоління літій-іонним батареям.
Вирішення технологічних проблем
Однак розробка гібридної батареї з високою енергією та високою щільністю потужності вимагає покращення повільної швидкості накопичення енергії анодами акумуляторного типу, а також підвищення відносно низької ємності катодних матеріалів суперконденсаторного типу.
Щоб пояснити це, команда професора Канга використала дві різні металоорганічні основи для оптимізованого синтезу гібридних батарей. Цей підхід призвів до розробки анодного матеріалу з покращеною кінетикою завдяки включенню тонкодисперсних активних матеріалів у пористий вуглець, отриманий з металоорганічних каркасів.
Крім того, був синтезований катодний матеріал високої ємності, а поєднання матеріалів катода та анода дозволило розробити систему зберігання іонів натрію, оптимізуючи баланс і мінімізуючи розбіжності у швидкостях накопичення енергії між електродами.
Продуктивність і потенційні застосування
Зібрана повна комірка, що складається з нещодавно розроблених анода та катода, утворює високоефективний гібридний натрій-іонний накопичувач енергії. Цей пристрій перевершує щільність енергії комерційних літій-іонних батарей і демонструє характеристики щільності потужності суперконденсаторів. Очікується, що він буде придатний для швидкої зарядки від електромобілів до розумних електронних пристроїв і аерокосмічних технологій.
Професор Канг зазначив, що гібридний натрій-іонний накопичувач енергії, здатний швидко заряджатися та досягати щільності енергії 247 Вт·год/кг і щільності потужності 34 748 Вт/кг, є проривом у подоланні поточних обмежень систем накопичення енергії. Він передбачає більш широке застосування в різних електронних пристроях, включаючи електромобілі.