Дослідницька група з Китаю розробила інноваційний анод, що вирішує хронічну проблему натрій-іонних акумуляторів, які раніше змушували обирати між швидкістю заряджання та терміном експлуатації. Нова архітектура базується на використанні нанолистів діоксиду титану розміром близько 10 нм, зібраних у порожнисті подвійні сфери. Кожен такий елемент вкритий графеноподібним вуглецевим шаром товщиною 0,4 нм. Це покриття суттєво підвищує провідність матеріалу з 1,86 × 10⁻⁸ См/см до 3,55 × 10⁻⁴ См/см, що є критично важливим для стабільності структури під час активної роботи.
Результати випробувань продемонстрували високу ефективність розробки при екстремальних навантаженнях. Під час заряджання зі швидкістю 10C, що триває всього шість хвилин, анод витримав 10 000 циклів, зберігаючи ємність 131 мАг/г. Навіть при швидкості 100C, яка забезпечує повний заряд приблизно за 30 секунд, акумулятор показав ємність 121 мАг/г. Для порівняння, немодифіковані нанолисти руйнувалися вже після 400 циклів через нездатність витримати механічний стрес, спричинений швидким рухом іонів натрію та розширенням матеріалу в процесі експлуатації.
Показники масового навантаження електродів досягли 10,5 мг/см², забезпечуючи 2,13 мАг/см² при повільних швидкостях та 0,567 мАг/см² при високому струмі. На відміну від комерційного твердого вуглецю, який швидко деградує при струмах вище 1 А/г, новий анод зберігає стабільні характеристики. Випробування повної комірки з катодом на основі фосфату натрію-ванадію підтвердили працездатність системи, яка стабільно функціонувала протягом 170 циклів при струмі 2 А/г, що є суттєвим кроком для майбутньої комерціалізації технології в електромобілях.
Основна проблема натрій-іонних батарей полягає у фізичному розмірі іонів натрію, які більші за іони літію і повільніше рухаються всередині твердих структур. Дослідники змушені створювати наноструктури з величезною площею поверхні для накопичення іонів, проте це призводить до побічних реакцій з електролітом та руйнування внутрішньої структури. Площа поверхні розроблених нанолистів становить 261 м²/г порівняно з 76 м²/г у звичайних наночастинок, але захисна оболонка успішно обмежує негативний вплив електроліту на стабільність матеріалу.
Аналіз показав, що початкова ефективність модифікованого анода становить 80,1%, тоді як у звичайних листів цей показник падає до 55,6% вже на першому циклі через втрату значної частини натрію. Графенова оболонка не лише забезпечує швидке проходження електронів, а й діє як механічний бар’єр, що утримує листи разом. Це запобігає утворенню нестабільної плівки та дозволяє досягти високої швидкості роботи без критичної втрати довговічності, що робить натрій-іонні технології конкурентоспроможними відносно LFP-акумуляторів.
