Тема розробки нових акумуляторів сприймається затертою і є зайвим приводом для жартів, але це лише тому, що акумулятори — одне з найважливіших напрямів наукової думки сучасності, що веде до маси відкриттів на далеку й близьку перспективу. Новин на цьому напрямі не просто багато, а дуже багато. Але навіть серед усього моря відкриттів новини з Південної Кореї обнадіюють — створений там натрієвий акумулятор може стати проривом.
Дослідники з факультету матеріалознавства та інженерії Корейського інституту передових технологій (KAIST) створили гібридне рішення, поклавши в його основу акумулятор на іонах натрію. Вибір натрію на далеку перспективу є очевидним — його багато, і це недорога сировина.
Корейці не перші, хто розробляє натрієво-іонні акумулятори. Але вони пішли далі і зробили спробу поєднати в нових акумуляторах найкращі технології літієвих акумуляторів та суперконденсаторів, зливши воєдино ємність, питому потужність та швидкість зарядки.
Про нову роботу вчені розповіли в журналі Energy Storage Materials. Назва статті говорить сама за себе: «Проводить анод з S-легуванням з багатовалентного сульфіду заліза з низькою кристалічності і катод з 3D-пористого вуглецю графітового з високим вмістом N [натрію] для високопродуктивних натрієво-іонних гібридних накопичувачів енергії».
Зрозуміло, що не можна просто взяти та об’єднати в новому пристрої аноди від звичайних акумуляторів та катоди від суперконденсаторів. Необхідно змінити властивості як анодів, так і катодів. У перших кульгає швидкість заряду, а другі не відрізняються високою ємністю. Тому вчені пішли шляхом створення об’ємних електродів на основі пористих 3D-матеріалів – так званих металорганічних каркасів. Якщо є каркас, туди завжди можна помістити щось потрібне.
Таким чином дослідники створили анод, включивши активні тонкодисперсні матеріали в пористий вуглець (МО-каркас). Отриманий матеріал мав високу кінетику, дозволяючи швидку зарядку, і наблизив його за цим параметром до суперконденсаторів. Схожим чином, але з використанням інших матеріалів, був створений катод, який відрізняється рекордною ємністю. Тим самим вчені скоротили дисбаланс в характеристиках між акумуляторними анодами і катодами суперконденсаторів.
Створений у лабораторії прототип гібридного натрієво-іонного акумулятора перевершив за щільністю енергії комерційні літій-іонні акумулятори (як показано на графіці вище) і показав характеристики щільності потужності, властиві суперконденсаторам. Очікується, що він підійде для швидкої зарядки в різних сферах — від електромобілів до інтелектуальних електронних пристроїв і аерокосмічної техніки.
Вчені відзначили, що гібридний натрієво-іонний накопичувальний пристрій енергії, здатний до швидкої зарядки і досягає щільності енергії 247 Вт·год/кг і питомої потужності 34 748 Вт/кг, є проривом у подоланні поточних обмежень систем накопичення енергії, і це дійсно вражає.
