Натрий обошёл литий: японцы раскрыли секрет быстрой зарядки новых аккумуляторов

В группе японских ученых из Токийского университета естественных наук, возглавляемой доктором Исао Фуджи, доцентом Закари Т. Госаге и профессором Шиничи Комаба, провели новое исследование, посвященное сравнительным свойствам натрия и лития в составе отрицательных электродов аккумуляторов. Экспериментальное внимание ученых было уделено твердоуглеродным электродам натрий-ионных батарей. В ходе циклов заряд-разряд учёные смогли показать, что скорость внедрения натрия во множество пор углеродной структуры оказывается выше, чем у лития. При этом были получены данные о том, что кинетические параметры процесса сопоставимы со скоростью, с которой литий встраивается в графит — привычный материал для отрицательных электродов литий-ионных аккумуляторов.

Особого внимания заслуживает тот факт, что энергия активации для процесса внедрения натрия составляет порядка 55 кДж/моль, что заметно ниже, чем у лития (примерно 65 кДж/моль). Это открытие объясняет, почему натрий-ионные аккумуляторы способны сохранять высокую производительность даже при пониженных температурах и пригодны для быстрой зарядки. Для экспериментов использовалась усовершенствованная методика, получившая название «метод разбавленного электрода». В рамках измерений тестовые образцы подвергались высокотоковой зарядке: при токе 1000 мА/г натриевый электрод сохранял до 80% общей емкости, а даже при экстремально высоком токе 2500 мА/г доля оставшейся ёмкости достигала 40%. Для сравнения, литиевый аналог при существенно меньшей нагрузке (200 мА/г) быстро терял до 60% ёмкости и каких-либо значимых улучшений выявлено не было.

В ходе работы был определён кажущийся коэффициент диффузии: для натрия он составил от 10⁻¹⁰ до 10⁻¹¹ см²/с, тогда как у лития значение менялось от 10⁻¹⁰ до 10⁻¹² см²/с. Эти данные показывают, что ионы натрия проникают в углеродную матрицу быстрее, чем ионы лития. Любопытно, что в диапазоне низких потенциалов процесс внедрения натрия сопровождается образованием псевдометаллических кластеров в порах углерода, что заметно ускоряет зарядку и позитивно сказывается на возможностях быстрой эксплуатации.

Отмечается, что опубликованные результаты появились в международном научном журнале Chemical Science 15 декабря 2025 года и были выделены редколлегией, как «химическая статья недели». Это подчеркивает высокий интерес научного сообщества к новым возможностям натрий-ионных аккумуляторов и уникальным свойствам натрия в углеродных электродах. Наталья Рыкова