Натрият (Na), който е над 500 пъти по-разпространен от лития (Li), напоследък привлича значително внимание заради потенциала си в технологиите за натриево-йонни батерии. Съществуващите натриево-йонни батерии обаче се сблъскват с фундаментални ограничения, включително по-ниска изходна мощност, ограничени свойства за съхранение и по-дълго време за зареждане, което налага разработването на материали за съхранение на енергия от следващо поколение.

Изследователски екип, ръководен от професор Канг от Катедрата по материалознание и инженерство, разработи хибридна натриево-йонна батерия с висока енергия и мощност, способна на бързо зареждане.

Това изследване в съавторство с докторантите от KAIST Джонг Хуи Чой и Донг Уон Ким е публикувано в списанието Energy Storage Materials със заглавие Low-crystallinity conductive multivalence iron sulfide-embedded S-doped anode and high-surface-area O-doped cathode of 3D porous N-rich graphitic carbon frameworks for high-performance sodium-ion hybrid energy storages.

Иновативната хибридна система за съхранение на енергия обединява анодни материали, които обикновено се използват в батерии, с катоди, подходящи за суперкондензатори. Тази комбинация позволява на устройството да постигне както висок капацитет на съхранение, така и бързи скорости на зареждане и разреждане, което го превръща в жизнеспособна алтернатива на литиево-йонните батерии от следващо поколение.

Разработването на хибридна батерия с висока енергия и висока плътност на мощността обаче изисква подобрение на бавната скорост на съхранение на енергия на анодите от батериен тип, както и подобряване на относително ниския капацитет на катодните материали от суперкондензаторен тип.

За да отчете това, екипът на професор Канг използва две различни металоорганични структури за оптимизиран синтез на хибридни батерии. Този подход доведе до разработването на аноден материал с подобрена кинетика чрез включването на фини активни материали в порест въглерод, получен от металоорганични рамки.

Освен това беше синтезиран катоден материал с висок капацитет, а комбинацията от катоден и аноден материал позволи разработването на система за съхранение на натриеви йони, оптимизираща баланса и минимизираща различията в скоростта на съхранение на енергия между електродите.

Сглобената пълна клетка, включваща новоразработените анод и катод, представлява високопроизводително хибридно натриево-йонно устройство за съхранение на енергия. Това устройство превъзхожда енергийната плътност на търговските литиево-йонни батерии и притежава характеристиките на плътността на мощността на суперкондензаторите. Очаква се то да бъде подходящо за приложения за бързо зареждане, вариращи от електрически превозни средства до интелигентни електронни устройства и космически технологии.

Професор Канг отбеляза, че хибридното натриево-йонно устройство за съхранение на енергия, способно на бързо зареждане и постигащо енергийна плътност от 247 Wh/kg и плътност на мощността от 34.748 W/kg, представлява пробив в преодоляването на настоящите ограничения на системите за съхранение на енергия. Той очаква по-широки приложения в различни електронни устройства, включително в електрически превозни средства.

Снимка: Unsplash/Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST)

Виж още: Най-опасното растение в света може да предизвика мисли за самоубийство, след като някой го докосне