Фон

Літій-іонні батареї широко використовуються як акумуляторні батареї з 1990-х років через їх високу реверсивну ємність і циклічну стабільність. У зв’язку зі значним зростанням ціни на літій і зростаючим попитом на літій та інші основні компоненти літій-іонних батарей, зростаючий дефіцит вихідної сировини для літієвих батарей змушує нас досліджувати нові та дешевші електрохімічні системи, засновані на наявних елементах, які містять велику кількість елементів. . Найкращим варіантом є недорогі натрієво-іонні акумулятори. Натрієво-іонна батарея була майже відкрита разом з літій-іонною батареєю, але через її великий іонний радіус і низьку ємність люди більше схильні вивчати літієву електрику, а дослідження натрієво-іонної батареї майже зупинилися. Зі швидким зростанням електромобілів і індустрії зберігання енергії в останні роки, натрієво-іонний акумулятор, який був запропонований одночасно з літій-іонним акумулятором, знову привернув увагу людей'увагу.

Літій, натрій і калій є лужними металами в періодичній системі елементів. Вони мають схожі фізичні та хімічні властивості і теоретично можуть використовуватися як вторинні матеріали для батарей. Ресурси натрію дуже багаті, широко поширені в земній корі і їх легко видобути. Як замінник літію, натрію приділяють все більше уваги в галузі акумуляторів. Акумуляторвиробникsсутичказапустити технологічний маршрут натрієво-іонної батареї.Керівні думки щодо прискорення розробки нових систем зберігання енергії, План науково-технічних інновацій в енергетиці на 14-ту п'ятирічку, іПлан реалізації розвитку нового енергоакумулювання в 14-й п'ятирічцівидані Національною комісією розвитку та реформ і Національним енергетичним управлінням згадується про розробку нового покоління високоефективних технологій накопичення енергії, таких як натрій-іонні батареї. Міністерство промисловості та інформаційних технологій (MIIT) також просуває нові батареї, такі як натрій-іонні батареї, як баласт для розвитку нової енергетичної галузі. Також розробляються галузеві стандарти для натрій-іонних батарей. Очікується, що в міру того, як галузь збільшує інвестиції, технологія стає зрілою, а промисловий ланцюг поступово вдосконалюється, очікується, що натрієво-іонна батарея з високою вартістю займе частину ринку літій-іонних батарей.

Натрій-іонний акумулятор проти літій-іонного акумулятора

• Вугільний негативний електрод натрієво-іонної батареї має нижчу вартість і більший простір для модифікації, ніж графітовий.
• Алюмінієва фольга може бути використана як струмоприймач для позитивного і негативного електрода натрієво-іонних батарей. Літій-іонні акумулятори мають низький негативний потенціал і повинні використовувати мідну фольгу, яка не піддається корозії. З іншого боку, натрієво-іонні акумулятори мають високий негативний потенціал, тому вони не сплавляються з натрієм. Алюмінієва фольга менша за вагою та ціною, ніж мідна.
• В електроліті розчинність Na⁺ приблизно на 30% нижче, ніж у Li⁺. Швидкість розчинення висока, а опір переносу заряду на межі електрод – електроліт малий, що забезпечує кращу динаміку електрода. Таким чином, швидкість розряду заряду іонів натрію висока при високій і низькій температурі, а продуктивність при низьких температурах чудова, і його можна швидко заряджати.
• Натрієво-іонні батареї мають більш широкий вибір матеріалів для позитивних електродів. Майже всі елементи перехідних металів у першому рядку таблиці Менделєєва можна використовувати в натрієво-іонних акумуляторах. Це пояснюється великою різницею розмірів Na⁺ (радіус 0,102 нм) і іони перехідних металів (радіус 0,05-0,07 нм), що сприяє їх розділенню.
• Внутрішній опір натрієво-іонного акумулятора вищий, ніж у літій-іонного. У разі короткого замикання миттєве нагрівання менше, підвищення температури відбувається повільніше, а температура теплового розбігу вища, ніж у літієвої батареї, тому натрієво-іонна батарея безпечніша.
• Великий радіус іонів натрію може призвести до розриву матеріалу під час його видалення з матеріалу електрода, що впливає на загальну кінетичну продуктивність батареї та цілісність електрода.
• Натрій має набагато вищий стандартний електродний потенціал (на 0,33 В вище, ніж літій), що призводить до нижчої щільності енергії та ускладнює конкуренцію літій-іонним батареям в енергетичному секторі.

Останні досягнення досліджень

Останніми роками дослідження натрієво-іонних батарей охоплюють вдосконалений безкобальтовий катодний матеріал для натрієво-іонних батарей, недорогий поліаніонний сульфат для позитивного електрода натрієво-іонних батарей, нано-Pb сполуки, що використовуються в позитивному натрієвому електроді. -іонні батареї, фундаментальні дослідження органічних анодних матеріалів для натрій-іонних батарей для потенційного комерційного застосування, оксиди та сульфіди металів на основі олова, що використовуються як анодні матеріали для натрій-іонних батарей, наноінженерія передових вуглецевих матеріалів у натрій-іонних батареях, а також застосування передових характеристик in situ у вивченні натрій-іонних батарей. Загалом, це все ще гаряча точка досліджень для отримання високоефективних позитивних і негативних електродних матеріалів з точки зору оптимізації засобів модифікації, удосконалення методів підготовки та вивчення механізму зберігання натрію для підвищення загальної конкурентоспроможності натрій-іонних батарей.