Учёные из Университета Лимерика (Ирландия) представили разработку, которая способна изменить подход к хранению энергии. Им удалось создать первую в мире двухкатионную аккумуляторную ячейку, в которой одновременно работают ионы лития и натрия. Такое сочетание резко увеличивает ёмкость и срок службы аккумулятора, открывая новые перспективы для электромобилей и портативной электроники.
Исследование провели Хью Гини, доцент кафедры химических наук и Института Бернала, и доктор Сайед Абдул Ахад совместно с коллегами из Университета Бирмингема.
Задача проекта — объединить сильные стороны литиевых и натриевых систем. Традиционные натриевые аккумуляторы экологичнее и дешевле, но уступают по энергетической плотности. В новой схеме оба типа ионов работают в едином электролите: натрий остаётся основным носителем заряда, а литий выступает в роли «усилителя», повышающего энергоотдачу без потери устойчивости.
По словам Хью Гини, впервые удалось доказать, что натриевые элементы можно «разогнать», добавив в электролит литий. Такой гибрид обеспечивает высокую мощность и устойчивость к деградации. Руководивший экспериментами доктор Ахад отметил, что использование двух катионов позволило удвоить ёмкость по сравнению с обычными натриевыми аналогами. Ранее подобная схема не применялась на выбранных анодных материалах, хотя именно они демонстрируют наибольший потенциал для натриевых систем.
Добавление лития не только увеличивает запас энергии, но и делает конструкцию безопаснее и доступнее. В отличие от литий-кобальтовых аккумуляторов, новая химия не требует редких и токсичных металлов, что снижает себестоимость и экологическую нагрузку. Испытания показали, что ячейка выдерживает до тысячи циклов зарядки и разрядки, сохраняя стабильность параметров — результат, сопоставимый с лучшими литий-ионными моделями.
Исследователи считают, что двухкатионный подход способен устранить разрыв между экологичностью натриевых аккумуляторов и энергоэффективностью литиевых. Натрий остаётся дешёвым и доступным материалом, но теперь может обеспечивать ту же ёмкость, что и литий. Повышенная плотность энергии особенно важна для электромобилей, где от неё зависит запас хода, и для портативных устройств, где ценятся компактность и долговечность.
Исследование проводилось при поддержке программ Government of Ireland Postdoctoral Fellowship и Science Foundation Ireland — Frontiers for the Future, направленных на развитие устойчивых энергетических технологий. Следующий этап проекта — испытание новых сочетаний материалов и ионных систем. Команда планирует протестировать кремниевые аноды и гибридные пары вроде литий-магний и калий-литий, чтобы приблизить технологию к промышленному внедрению.
Разработка вошла в серию работ исследовательской группы Гини, специализирующейся на новых материалах для хранения энергии. Сейчас в университете действует более 30 активных проектов в рамках центра AMPEiRE, занимающегося аккумуляторными технологиями и энергетическими материалами. По мнению учёных, эта работа приближает переход к более чистым, долговечным и экономичным источникам питания, которые в ближайшие годы могут заменить традиционные литиевые системы.