Anoda sodowo-jonowa z szybkim ładowaniem: nowy krok w technologii baterii

Chińscy naukowcy opracowali anodę do akumulatorów sodowo-jonowych, która w testach ładuje się w sześć minut i zachowuje sprawność przez 10 000 cykli.

Czym jest anoda w akumulatorze sodowo-jonowym?

Anoda to elektroda, do której w trakcie ładowania trafiają jony, a jej budowa w dużym stopniu decyduje o tym, jak szybko ogniwo się ładuje, ile energii magazynuje i jak długo wytrzymuje. W przypadku akumulatorów sodowo-jonowych badacze szukają materiałów, które przyjmą jony sodu wielokrotnie bez szybkiej utraty właściwości. Opisywana praca dotyczy anody zbudowanej z nanopłatków dwutlenku tytanu o wielkości około 10 nm.

Najważniejsze parametry przedstawiono w zestawieniu:

Parametr	Wartość
Czas ładowania w teście	6 minut (prąd 10C)
Żywotność anody	10 000 cykli
Pojemność właściwa	131 mAh/g
Materiał	nanopłatki dwutlenku tytanu, ok. 10 nm
Powłoka węglowa	grafenopodobna, 0,4 nm

Jak zabezpieczenie węglem wydłużyło żywotność anody?

Same nanopłatki bez ochrony tracą sprawność już po około 400 cyklach, co dyskwalifikuje je w zastosowaniach wymagających długiej eksploatacji. Rozwiązaniem okazała się cienka powłoka węglowa o strukturze zbliżonej do grafenu, mająca zaledwie 0,4 nm grubości. Dzięki niej anoda w testach osiągnęła wspomniane 10 000 cykli, czyli wynik kilkadziesiąt razy lepszy od wersji niezabezpieczonej.

Wariant anody	Trwałość w cyklach
Nanopłatki bez powłoki	degradacja po ok. 400 cyklach
Nanopłatki z powłoką węglową	10 000 cykli

Warto zauważyć, że cienka warstwa, grubości ułamka nanometra, wystarczyła, by zmienić trwałość materiału. Pokazuje to, jak dużą rolę w nowoczesnych ogniwach odgrywa inżynieria powierzchni, a nie tylko dobór samego składnika chemicznego.

Czy ładowanie w sześć minut jest już możliwe w zwykłym aucie?

Nie, i ten wniosek trzeba postawić jasno. Wynik 6 minut uzyskano w warunkach testowych na małych ogniwach laboratoryjnych, a nie w pełnowymiarowym pakiecie baterii samochodu. Kompletne ogniwo w badaniach wytrzymało ponad 170 cykli przy prądzie 2 A/g, co wskazuje, że połączenie wszystkich elementów w działającą całość wciąż wymaga pracy. Technologia potrzebuje dalszych badań, zanim trafi na drogi.

Dlaczego sodowo-jonowe akumulatory w ogóle przyciągają uwagę?

Sód jest pierwiastkiem o znacznie powszechniejszym występowaniu niż lit, z którego budowane są dziś najczęściej akumulatory samochodów elektrycznych. Jego surowce są tańsze i łatwiej dostępne, co ma znaczenie dla producentów planujących skalę produkcji. Ogniwa sodowo-jonowe mają też dobrze znosić niskie temperatury, co ma znaczenie w klimacie takim jak polski, gdzie zimą sprawność baterii bywa wyraźnie niższa. Do tego dochodzi rosnąca gęstość energii tych ogniw, czyli stopniowa poprawa ilości energii mieszczącej się w danej masie. Te cechy sprawiają, że sodowo-jonowe akumulatory traktuje się jako realną alternatywę, a nie wyłącznie ciekawostkę laboratoryjną.

Kto już rozwija akumulatory sodowo-jonowe?

Wśród firm rozwijających tę technologię wymieniane są CATL oraz HiNa. Obecność dużych graczy z branży pokazuje, że kierunek jest traktowany poważnie, choć sama obecność producenta nie oznacza jeszcze gotowego produktu dla kierowcy. Nowa anoda z opisywanych badań to jeden z elementów tej układanki, a jej dalszy rozwój zależy od tego, czy wyniki z małych ogniw da się przenieść na skalę praktyczną.

Co to oznacza dla Ciebie jako przyszłego kierowcy auta elektrycznego?

Na ten moment nie ma powodu, by zmieniać plany zakupowe pod wpływem tego jednego doniesienia. Akumulatory sodowo-jonowe i ich nowe anody są na etapie badań, a parametry z laboratorium nie przekładają się automatycznie na samochód, który przejedzie tysiące kilometrów i przejdzie przez wiele zim. Warto jednak śledzić ten obszar, bo jeśli dalsze prace potwierdzą wysoką trwałość i szybkie ładowanie w pełnej skali, może to wpłynąć na koszty baterii oraz na to, jak często będziemy musieli wymieniać lub doładowywać pojazd. Obserwujmy także ogłoszenia producentów takich jak CATL czy HiNa, bo to oni zdecydują, czy technologia trafi do seryjnej produkcji.