Учені навчилися реактивувати "мертвий" натрій у батареях, відкриваючи нову еру для акумуляторів

Як фізичні ефекти допомагають реанімувати хімічні джерела енергії?

У сучасному світі пошук альтернатив літій-іонним акумуляторам стає критично важливим через обмежені ресурси літію та його високу вартість. Натрієві батареї (AFSBs) виглядають перспективною заміною, проте вони мають суттєвий недолік – швидку деградацію через утворення так званого "мертвого" натрію. Це металеві частинки, які втрачають електричний контакт з електродом через нерівномірне осадження або розчинення металу під час роботи. Накопичення такого "баласту" виснажує запас активного металу й підвищує внутрішній опір батареї, що веде до швидкого виходу з ладу. У новому дослідженні, яке з'явилося 5 травня в журналі Nature Communications, науковці пропонують вихід з цієї проблеми.

Група вчених під керівництвом Хуа Ванга з Бейханського університету запропонувала революційну стратегію заряджання зі вставками зворотних імпульсів (RPIC – reverse-pulse-interspersed charging). Суть методу полягає в тому, що під час звичайного процесу заряджання в протокол додаються короткі імпульси зворотного струму. Це дозволяє активувати фізичне явище, відоме як позитивний діелектрофорез.

Згідно з висновками дослідження, у неоднорідному електричному полі частинки мертвого натрію, які мають вищу комплексну діелектричну проникність, ніж навколишній електроліт, відчувають дію сили, що штовхає їх до областей з вищою щільністю поля – тобто назад до негативного електрода. Як тільки "мертвий" метал торкається активного шару на аноді, він знову включається в електричне коло і стає функціональним.

Яка ефективність методу?

Експериментальні дані підтверджують ефективність цього підходу:

• Використання стратегії RPIC дозволило подвоїти термін служби натрієвих елементів живлення. Наприклад, лабораторні осередки типу Al||NFPP зберегли 80 % ємності після 418 циклів, тоді як за стандартного методу заряджання цей показник був досягнутий лише за 215 циклів за однакової швидкості заряджання.
• Ще більш вражаючі результати продемонстрували повнорозмірні акумулятори ємністю на рівні ампер-годин: вони зберегли 80% ємності після 830 циклів і 74,6% після 1000 циклів при високій швидкості заряджання.

Окрім безпосередньої реактивації металу, технологія RPIC вирішує ще кілька критичних проблем:

• Зменшення концентраційної поляризації. Зворотний імпульс вирівнює розподіл іонів натрію в електроліті, запобігаючи утворенню зон дефіциту.
• Пригнічення дендритів. Стратегія сприяє формуванню гладкої та однорідної поверхні металу, що мінімізує ризик короткого замикання через гострі металеві нарости.
• Покращення кінетики електродів. Завдяки меншому накопиченню мертвого металу внутрішній опір батареї залишається низьким протягом тривалого часу.

Реактивація неактивного лужного металу є ефективною стратегією для продовження терміну служби батарей на основі лужних металів. Дотепер відповідні дослідження зосереджувалися переважно на літієвих батареях, проте реактивація неактивного натрію залишається загадкою,
– прокоментували автори дослідження, яке очолює Вейхао Ван.

Метод можна застосувати й до інших типів батарей

Науковці також перевірили універсальність своєї розробки. Виявилося, що метод RPIC ефективний не лише для натрієвих, а й для літієвих та калієвих безматричних (anode-free) батарей. Це відкриває шлях до створення надпотужних накопичувачів енергії з високою питомою енергією.

Зокрема, у дослідженні було продемонстровано роботу натрієвого акумулятора з показником 180 ват-годин на кілограм, що має тривалий термін експлуатації та підходить для практичного застосування в електротранспорті чи системах зберігання відновлюваної енергії.

Є мінуси

Попри те, що впровадження зворотних імпульсів призводить до незначного зниження енергоефективності (приблизно на 16% через витрати на сам імпульс), розробники наголошують, що це повністю компенсується радикальним подовженням життя пристрою.

Таким чином, стратегія RPIC стає практичним інструментом для переходу до стабільних та високопродуктивних лужних металевих батарей майбутнього.

Вам буде цікаво дізнатися: які новітні розробки в сфері акумуляторів наразі готуються до впровадження?

Твердотільні акумулятори

Це, мабуть, найгучніший напрям прямо зараз, пише Electrek. Китайська компанія Greater Bay Technology вже запустила з конвеєра перші прототипні зразки повністю твердотільних акумуляторних елементів, і вони успішно пройшли тести на прокол голкою, видавлювання та термічний удар – без займання чи вибуху. Оголошена щільність енергії становить 260 – 500 ват-годин на кілограм, що помітно перевищує показники традиційних рідких літій-іонних батарей, а заряджання відбувається в швидкому режимі. Компанія орієнтується на масове виробництво гігаватного масштабу наприкінці 2026 року, а дебют перших зразків продукції планується в преміальних моделях автомобілів GAC Hyptec.

Загалом, гонитва за твердотільними батареями зараз перетворилася на справжній глобальний марафон, вважає To7Motors. Toyota прагне досягти щільності 450 – 500 ват-годин на кілограм у невеликосерійному виробництві між 2027 і 2028 роками, Samsung SDI обіцяє зарядку до 80% за 9 хвилин до 2027 року, а Dongfeng планує масове виробництво на рівні 350 ват-годин на кілограм уже наприкінці 2026 року.

Також Китай анонсував запуск власного стандарту для твердотільних батарей у липні 2026 року.

Нові прориви у традиційних літій-іонних батареях

Навіть "стара" технологія не стоїть на місці. Дослідники Оксфорду у лютому 2026 року знайшли спосіб зробити літій-іонні батареї такими, що заряджаються швидше і служать довше. Все завдяки маркуванню полімерних зв'язувачів, що дозволяє точніше візуалізувати та зрозуміти деградацію осередків батарей.

Крім того, вчені зробили прорив у бромієвих проточних батареях, знайшовши спосіб хімічно утримувати корозивний бром, що раніше було одним із головних бар'єрів для довготривалого та доступного зберігання енергії, зазначає ScienceDaily.

Ультрашвидке заряджання

Окремо варто відзначити прогрес у самій швидкості зарядки. Технологія надшвидкого заряджання стрімко переосмислює можливості електромобілів та смартфонів, скорочуючи час від годин до хвилин, повідомляє CALSTART. На CES 2026 фінська компанія Donut Lab представила твердотільну батарею, здатну зарядитися за 5 хвилин, і вже заявила про її застосування в реальних мотоциклах Verge у першому кварталі 2026 року.