A tudósok az utóbbi időben egyre előszeretettel néznek a nátriumra. A nátrium 500-szor nagyobb mennyiségben fordul elő a természetben, mint a lítium, és a nátrium-ion akkumulátor-technológiának köszönhetően képes helyettesíteni a lítiumot az újratölthető akkumulátorokban.
A meglévő nátrium-ion akkumulátorok azonban még mindig gyengébbek, mint a lítium akkumulátorok: kisebb a teljesítményük, korlátozottak a tárolásuk, és sokkal tovább tart a töltés. Általánosságban elmondható, hogy ha a lítiumelemek helyett nátrium-elemek jönnek, először megfelelő tulajdonságokkal rendelkező anyagokat kell kifejleszteniük.
A problémát a Koreai Tudományos és Technológiai Intézetben (KAIST) próbálták megoldani. A Jeong Ku Kang professzor vezette csapat nagy energiájú, nagy teljesítményű nátrium-ion hibrid akkumulátort fejlesztett ki, amely gyorsan töltődik is.
Az innovatív hibrid energiatároló rendszer az akkumulátorokban jellemzően használt anódanyagokat szuperkondenzátorokhoz alkalmas katódokkal kombinálja. A szuperkondenzátor (más néven ionisztor, ultrakondenzátor, kétrétegű elektrokémiai kondenzátor) egy olyan típusú áramforrás, amely két elektródából és egy közöttük elhelyezkedő elektrolitból álló elektrokémiai elem. A szuperkondenzátor működési elve az, hogy az energiát rövid ideig tárolja az elektrolitban: az energia felhalmozódik a töltés során a töltött elektrolit részecskék polarizációja miatt.
Az anód anyagok és szuperkondenzátorok kombinációja lehetővé teszi a készülék számára, hogy nagy kapacitást és gyors töltési sebességet érjen el. Dél-koreai tudósok felfedezésüket a lítium-ion akkumulátorok jövőbeli életképes alternatívájaként mutatják be.
A nagy kapacitású és nagy teljesítménysűrűségű hibrid akkumulátor kifejlesztéséhez azonban két jellemző javítására van szükség. Az első probléma az akkumulátor típusú anódok alacsony energiafelhalmozódása. A második a szuperkondenzátor típusú katódanyagok viszonylag kis kapacitásának növelésének szükségessége.
A teljesítmény javítása érdekében a tudósok két különböző fém-szerves szerkezetet használtak a hibrid akkumulátorok optimalizálására. Ezzel a megközelítéssel javított anódanyagot lehetett kifejleszteni finoman diszpergált (finomra „őrölt”) aktív anyagok porózus szénbe való beépítésével.
Ezenkívül a kutatók nagy kapacitású katódanyagot szintetizáltak. A katód- és anódanyagok kombinációja pedig lehetővé tette a nátriumionok tárolására szolgáló, javított jellemzőkkel rendelkező rendszer kifejlesztését.
Az így kapott akkumulátor a speciálisan tervezett anóddal és katóddal egy nagy teljesítményű, nátriumionokon alapuló hibrid energiatároló eszköz. Energiasűrűsége meghaladja a piacon kapható lítium-ion akkumulátorokat. Ami a teljesítménysűrűséget illeti, a szuperkondenzátorok jellemzői vannak.
Kahn professzor tisztázta, hogy a nátrium-ion hibrid energiatároló eszköz gyorstöltésre képes, és 247 Wh/kg energiasűrűséget és 34.748 Wh/kg teljesítménysűrűséget ér el. Egyszerűen fogalmazva, az új termék áttörést jelent a versenyképes nátrium-ion akkumulátor létrehozására irányuló korábbi kísérletek hátterében.
A dél-koreai fejlesztés várhatóan a legkülönfélébb eszközök gyors töltésére lesz alkalmas – a kütyüktől és elektromos járművektől a repülőgép-technológiákig.
