Натрий (Na), которого более чем в 500 раз больше, чем лития (Li), привлек внимание благодаря своему потенциалу в технологиях натрий-ионных аккумуляторов. Однако существующие натрий-ионные батареи сталкиваются с ограничениями, включая более низкую выходную мощность и более длительное время зарядки. Группа под руководством профессора Джунг Ку Канга из Департамента материаловедения и инженерии разработала высокоэнергетическую и мощную гибридную натрий-ионную батарею, способную быстро заряжаться.
Инновационная гибридная система хранения энергии объединяет анодные материалы, обычно используемые в батареях, с катодами, подходящими для суперконденсаторов. Такое сочетание позволяет устройству достигать как высокой емкости хранения, так и высокой скорости заряда-разряда, что делает его жизнеспособной альтернативой следующего поколения литий-ионным батареям.
Однако разработка гибридной батареи с высокой энергией и высокой плотностью мощности требует улучшения медленной скорости накопления энергии анодов аккумуляторного типа, а также улучшения относительно низкой емкости катодных материалов суперконденсаторного типа.
Чтобы объяснить это, команда профессора Канга использовала две различные металлоорганические структуры для оптимизированного синтеза гибридных батарей. Этот подход привел к разработке анодного материала с улучшенной кинетикой за счет включения мелких активных материалов в пористый углерод, полученный из металлоорганических каркасов.
Кроме того, был синтезирован катодный материал высокой емкости, а комбинация материалов катода и анода позволила разработать систему хранения ионов натрия, оптимизирующую баланс и минимизирующую различия в скорости накопления энергии между электродами.
Собранная полная ячейка, включающая недавно разработанные анод и катод, образует высокопроизводительное гибридное натриево-ионное устройство хранения энергии. Это устройство превосходит по плотности энергии коммерческие литий-ионные батареи и демонстрирует характеристики плотности мощности суперконденсаторов. Ожидается, что он подойдет для приложений быстрой зарядки, начиная от электромобилей и заканчивая интеллектуальными электронными устройствами и аэрокосмическими технологиями.
Профессор Канг отметил, что гибридное натрий-ионное устройство хранения энергии, способное к быстрой зарядке и достигающее плотности энергии 247 Втч/кг и плотности мощности 34 748 Вт/кг, представляет собой прорыв в преодолении текущих ограничений систем хранения энергии. Он ожидает более широкого применения в различных электронных устройствах, включая электромобили.
