Natrijum (Na), koji je preko 500 puta veći od litijuma (Li), nedavno je privukao značajnu pažnju zbog svog potencijala u tehnologijama natrijum-jonskih baterija. Međutim, postojeće natrijum-jonske baterije suočavaju se sa osnovnim ograničenjima, uključujući nižu izlaznu snagu, ograničena svojstva skladištenja i duže vreme punjenja, što zahteva razvoj materijala za skladištenje energije sledeće generacije.
Istraživački tim predvođen profesorom Jeung Ku Kangom sa Odeljenja za nauku o materijalima i inženjering razvio je visokoenergetsku hibridnu natrijum-jonsku bateriju velike snage sposobnu za brzo punjenje.
Ovo istraživanje, čiji su koautori KAIST doktorski kandidati Jong Hui Choi i Dong Von Kim, objavljeno je u časopisu Materijali za skladištenje energije pod naslovom „Nisko-kristalitetna provodljiva multivalentna gvožđe sulfidom ugrađena S-dopirana anoda i velika površina O -dopirana katoda od 3D poroznih N-bogatih grafitnih ugljeničnih okvira za natrijum-jonska hibridna skladišta energije visokih performansi.“
Inovativni hibridni sistem za skladištenje energije integriše anodne materijale koji se obično koriste u baterijama sa katodama pogodnim za superkondenzatore. Ova kombinacija omogućava uređaju da postigne i visoke kapacitete skladištenja i brze stope punjenja-pražnjenja, pozicionirajući ga kao održivu alternativu sledeće generacije litijum-jonskim baterijama.
Međutim, razvoj hibridne baterije sa visokom energijom i velikom gustinom snage zahteva poboljšanje spore brzine skladištenja energije anoda tipa baterija, kao i poboljšanje relativno niskog kapaciteta katodnih materijala superkondenzatorskog tipa.
Da bi ovo objasnio, tim profesora Kanga je koristio dva različita metalno-organska okvira za optimizovanu sintezu hibridnih baterija. Ovaj pristup je doveo do razvoja anodnog materijala sa poboljšanom kinetikom kroz uključivanje finih aktivnih materijala u porozni ugljenik dobijen iz metalno-organskih okvira.
Dodatno, sintetisan je katodni materijal visokog kapaciteta, a kombinacija katodnog i anodnog materijala omogućila je razvoj sistema za skladištenje natrijum jona koji optimizuje ravnotežu i minimizira disparitete u brzinama skladištenja energije između elektroda.
Sastavljena puna ćelija, koja se sastoji od novorazvijene anode i katode, formira hibridni natrijum-jonski uređaj za skladištenje energije visokih performansi. Ovaj uređaj prevazilazi gustinu energije komercijalnih litijum-jonskih baterija i pokazuje karakteristike gustine snage superkondenzatora. Očekuje se da će biti pogodan za aplikacije brzog punjenja, od električnih vozila do pametnih elektronskih uređaja i vazduhoplovnih tehnologija.
Profesor Kang je primetio da hibridni natrijum-jonski uređaj za skladištenje energije, sposoban za brzo punjenje i postizanje gustine energije od 247 Vh/kg i gustine snage od 34.748 V/kg, predstavlja proboj u prevazilaženju trenutnih ograničenja sistema za skladištenje energije. On predviđa širu primenu u raznim elektronskim uređajima, uključujući električna vozila.
