Натрий-ионные батареи без анода — именно над этим подходом работала команда Университета Камерино (Италия) совместно с коллегами из Международной иберийской нанотехнологической лаборатории и национального центра электрохимического накопления GISEL–INSTM. Исследователи применили цинковые координационные полимеры в качестве натриофильного токового коллектора и добились почти 100% кулоновской эффективности на протяжении 1000 циклов заряд-разряд. Результаты опубликованы в открытом доступе в журнале Journal of Physics: Energy 15 октября 2026 года.
Ключевые показатели:
- оптимизированный цинковый координационный полимер (Zn-CP) — почти 100% кулоновская эффективность на протяжении 1000 циклов;
- потенциал нуклеации натрия снижен до 10 мВ против 110 мВ для чистого алюминия;
- гравиметрическая энергетическая плотность на уровне ячейки — 295 Вт·ч/кг;
- полный элемент с катодом на основе берлинской лазури сохранил 74% ёмкости с 5-го по 1000-й цикл.
Почему натрий и что означает «без анода»
Натрий привлекателен для аккумуляторной химии благодаря широкой распространённости и низкой стоимости сырья по сравнению с литием. Однако больший ионный радиус и масса натрия ограничивают достижимую энергетическую плотность — это главный сдерживающий фактор для широкого внедрения натрий-ионных систем. Архитектура anode-less помогает обойти это ограничение: активный металл осаждается непосредственно на токовом коллекторе при первом заряде, что снижает массу ячейки и упрощает конструкцию электродов. Сложность в том, что на обычных коллекторах натрий осаждается неравномерно, образуя дендриты — игольчатые структуры, которые сокращают ресурс элемента и создают риск коротких замыканий. О смежных подходах к поиску химий, способных дополнить или заменить литий, мы писали в материале об альтернативах литиевым аккумуляторам.
Цинковые координационные полимеры как коллектор
Для равномерного осаждения натрия итальянская группа нанесла на коллектор координационные полимеры на основе цинка. По данным Journal of Physics: Energy (IOP Science), оптимизированный цинковый координационный полимер (Zn-CP) снижает потенциал нуклеации натрия до 10 мВ — тогда как на чистом алюминии этот показатель составляет 110 мВ. Более низкий потенциал нуклеации означает, что ионам натрия легче находить энергетически выгодные места на поверхности, поэтому металл осаждается равномерным слоем, а не локальными «иглами», провоцирующими деградацию элемента. О другой работе, где цинк выступает активным компонентом электрохимических систем, мы рассказывали в материале о цинк-воздушных батареях от TU Darmstadt.
Результаты испытаний
В ходе испытаний сборка на основе Zn-CP поддерживала почти 100% кулоновскую эффективность на протяжении 1000 циклов заряд-разряд — это ключевой индикатор того, что натрий при каждом цикле возвращается с коллектора в электролит без существенных потерь. В полном элементе, собранном с катодом на основе берлинской лазури, удержание ёмкости составило 74% с 5-го по 1000-й цикл. Авторы приводят гравиметрическую энергетическую плотность на уровне ячейки — 295 Вт·ч/кг. Прямое сравнение с коммерческими литий-ионными ячейками следует делать осторожно: условия измерений, форматы и конфигурации в литературе различаются, а приведённые значения получены на лабораторных образцах, а не на серийных элементах.
Ограничения и перспективы
Работа прошла рецензирование и опубликована в открытом доступе, поэтому данные доступны для верификации другими группами. Тем не менее показатели получены на лабораторных ячейках — следующие шаги включают воспроизведение результатов на прототипах большей ёмкости, оценку стабильности при различных температурах и токах, а также проработку технологичности нанесения координационного полимера на коллектор в промышленных масштабах. Более длительное ресурсное тестирование за пределами 1000 циклов позволит оценить долгосрочную стабильность интерфейса между натрием и коллектором.
Для рынка СНЭ такие результаты — ещё один аргумент внимательнее следить за натрий-ионным направлением. Если подход на цинковых координационных полимерах подтвердится в форматах большей ёмкости, он способен расширить круг химий, конкурентных литий-ионным, — прежде всего в стационарных накопителях, где масса менее критична, а стоимость и доступность сырья имеют первостепенное значение. Для тех, кто сегодня выбирает СНЭ, это пока не повод откладывать решение, но веский повод задавать производителям вопросы об их планах по натрий-ионным продуктам в портфеле.
Источники: Journal of Physics: Energy (IOP Science)
Материал подготовлен редакцией Alternative Energy с помощью ИИ на основе указанных источников; факты и цифры сверены с ними в ходе автоматической редакторской проверки. Как мы готовим материалы