Команда з Університету Камеріно (Італія) разом із колегами з Міжнародної іберійської нанотехнологічної лабораторії та національного центру електрохімічного накопичення GISEL–INSTM представила новий підхід до натрій-іонних батарей без анода. Дослідники використали цинкові координаційні полімери як натріофільний струмовий колектор і домоглися майже 100% кулонівської ефективності протягом 1000 циклів заряд-розряд. Результати опубліковані у відкритому доступі в журналі Journal of Physics: Energy 15 жовтня 2026 року.
Ключові цифри:
- оптимізований цинковий координаційний полімер (Zn-CP) — майже 100% кулонівська ефективність протягом 1000 циклів;
- потенціал нуклеації натрію знижено до 10 мВ проти 110 мВ для чистого алюмінію;
- гравіметрична енергетична щільність на рівні клітини — 295 Вт·год/кг;
- повний елемент із катодом на основі берлінської блакиті зберіг 74% ємності від 5-го до 1000-го циклу.
Чому натрій і що означає «без анода»
Натрій привабливий для акумуляторної хімії завдяки поширеності та низькій вартості сировини порівняно з літієм. Проте більший іонний радіус і маса натрію обмежують досяжну енергетичну щільність — це головний стримувальний фактор для широкого впровадження натрій-іонних систем. Архітектура anode-less допомагає обійти обмеження: активний метал осаджується безпосередньо на струмовому колекторі під час першого заряду, що зменшує масу комірки й спрощує конструкцію електродів. Складність у тому, що на звичайних колекторах натрій осаджується нерівномірно, утворюючи дендрити — голчасті структури, які скорочують ресурс елемента й створюють ризик коротких замикань. Про суміжні підходи до пошуку хімій, що могли б доповнити або замінити літій, ми писали в матеріалі про альтернативи літієвим акумуляторам.
Цинкові координаційні полімери як колектор
Щоб вирівняти осадження натрію, італійська група використала координаційні полімери на основі цинку, нанесені на колектор. За даними Journal of Physics: Energy (IOP Science), оптимізований цинковий координаційний полімер (Zn-CP) знижує потенціал нуклеації натрію до 10 мВ — тоді як на чистому алюмінії цей показник становить 110 мВ. Нижчий потенціал нуклеації означає, що іонам натрію легше знайти енергетично вигідні місця на поверхні, тож метал осаджується рівномірним шаром, а не локальними «голками», які провокують деградацію елемента. Про іншу роботу, де цинк постає активним компонентом електрохімічних систем, ми розповідали в матеріалі про цинк-повітряні батареї від TU Darmstadt.
Що показали випробування
У випробуваннях збірка з Zn-CP підтримувала майже 100% кулонівську ефективність протягом 1000 циклів заряд-розряд — це ключовий показник того, що натрій під час кожного циклу повертається з колектора в електроліт без суттєвих втрат. У повному елементі, зібраному з катодом на основі берлінської блакиті, утримання ємності склало 74% від 5-го до 1000-го циклу. Автори наводять гравіметричну енергетичну щільність на рівні клітини — 295 Вт·год/кг. Пряме порівняння з комерційними літій-іонними комірками тут слід робити обережно: умови вимірювання, формат і конфігурація у літературі різняться, і такі значення отримано на лабораторних зразках, а не на серійних елементах.
Обмеження і що далі
Робота пройшла рецензування та опублікована у відкритому доступі, тож дані доступні для верифікації іншими групами. Проте показники отримано на лабораторних комірках — наступні кроки передбачають відтворення в прототипах більшої ємності, оцінку стабільності за різних температур і струмів, а також роботу над технологічністю нанесення координаційного полімеру на колектор у промислових масштабах. Довше ресурсне тестування за межами 1000 циклів дасть змогу оцінити довгострокову стабільність інтерфейсу між натрієм і колектором.
Для українського ринку систем зберігання енергії такі результати — ще один аргумент уважніше стежити за натрій-іонною гілкою. Якщо підхід на цинкових координаційних полімерах підтвердиться у більших форматах, він може розширити коло хімій, конкурентних літій-іонним, насамперед у стаціонарних накопичувачах, де маса важить менше, а вартість і доступність сировини — критично. Для тих, хто сьогодні обирає накопичувач, це поки що не привід відкладати рішення, але привід ставити виробникам запитання про плани щодо натрій-іонних продуктів у портфелі.
Джерела: Journal of Physics: Energy (IOP Science)
Матеріал підготовлено редакцією Alternative Energy за допомогою ШІ на основі зазначених джерел; факти й цифри звірено з ними під час автоматичної редакторської перевірки. Як ми готуємо матеріали