Ozadje

Litij-ionske baterije se zaradi svoje visoke reverzibilne zmogljivosti in ciklične stabilnosti pogosto uporabljajo kot baterije za ponovno polnjenje od devetdesetih let prejšnjega stoletja. Zaradi znatnega zvišanja cene litija in naraščajočega povpraševanja po litiju in drugih osnovnih komponentah litij-ionskih baterij nas vse večje pomanjkanje surovin za litijeve baterije sili v raziskovanje novih in cenejših elektrokemijskih sistemov, ki temeljijo na obstoječih elementih v izobilju. . Cenejše natrijeve ionske baterije so najboljša možnost. Natrijeva ionska baterija je bila skoraj odkrita skupaj z litij-ionsko baterijo, vendar so ljudje zaradi velikega ionskega polmera in majhne kapacitete bolj nagnjeni k preučevanju litijeve elektrike, raziskave natrijeve ionske baterije pa so skoraj zastale. S hitro rastjo električnih vozil in industrije shranjevanja energije v zadnjih letih je natrijeva ionska baterija, ki je bila predlagana hkrati z litij-ionsko baterijo, znova pritegnila ljudi'pozornost.

Litij, natrij in kalij so vse alkalijske kovine v periodnem sistemu elementov. Imajo podobne fizikalne in kemijske lastnosti in se teoretično lahko uporabljajo kot sekundarni materiali za baterije. Viri natrija so zelo bogati, široko razširjeni v zemeljski skorji in jih je enostavno pridobiti. Kot nadomestek litija se natriju na področju baterij posveča vse več pozornosti. Baterijaproizvajalecspremešatiza začetek tehnološke poti natrijevih ionskih baterij.Vodilna mnenja o pospeševanju razvoja novih shranjevalnikov energije, Načrt znanstvenih in tehnoloških inovacij na področju energetike v 14. petletki, inIzvedbeni načrt za razvoj novih hranilnikov energije v 14. petletkiizdala Nacionalna komisija za razvoj in reforme in Nacionalna uprava za energijo sta omenila razvoj nove generacije visoko zmogljivih tehnologij za shranjevanje energije, kot so natrijeve ionske baterije. Ministrstvo za industrijo in informacijsko tehnologijo (MIIT) je prav tako promoviralo nove baterije, kot so natrijeve ionske baterije, kot balast za razvoj nove energetske industrije. V pripravi so tudi industrijski standardi za natrijeve ionske baterije. Pričakuje se, da bo, ko bo industrija povečala naložbe, tehnologija postala zrela in industrijska veriga postopno izboljšana, natrijeva ionska baterija z visoko stroškovno učinkovitostjo zasedla del trga litij-ionskih baterij.

Natrijeva ionska baterija proti litij-ionski bateriji

• Ogljikova negativna elektroda natrijevega ionskega akumulatorja ima nižjo ceno in večji prostor za modifikacijo kot grafitna.
• Aluminijasto folijo lahko uporabimo kot zbiralnik toka za pozitivno in negativno elektrodo natrijevih ionskih baterij. Litij-ionske baterije imajo nizek negativni potencial in morajo uporabljati bakreno folijo, ki ni korodirana. Po drugi strani pa imajo natrijeve ionske baterije visok negativni potencial, zato ne legirajo z natrijem. Aluminijasta folija ima manjšo težo in ceno kot bakrena folija.
• V elektrolitu je topnost Na⁺ je približno 30 % nižja kot pri Li⁺. Hitrost raztapljanja je visoka, upor prenosa naboja na meji med elektrodo in elektrolitom pa majhen, kar zagotavlja boljšo dinamiko elektrode. Zato je stopnja praznjenja natrijevega ionskega naboja visoka pri visoki in nizki temperaturi, delovanje pri nizki temperaturi pa je odlično in ga je mogoče hitro napolniti.
• Natrijeve ionske baterije imajo večjo izbiro materialov za pozitivne elektrode. Skoraj vse prehodne kovinske elemente v prvi vrstici periodnega sistema je mogoče uporabiti v natrijevih ionskih baterijah. To je posledica velike razlike v velikosti Na⁺ (radij 0,102 nm) in ioni prehodnih kovin (radij 0,05-0,07 nm), kar je ugodno za njihovo ločitev.
• Notranji upor natrijevega ionskega akumulatorja je večji kot pri litij-ionskem akumulatorju. V primeru kratkega stika je trenutna toplota manjša, dvig temperature je počasnejši in toplotna odvodna temperatura je višja kot pri litijevi bateriji, zato je natrijeva ionska baterija varnejša.
• Velik polmer natrijevega iona lahko povzroči zlom materiala, ko ga odstranimo iz materiala elektrode, kar vpliva na celotno kinetično zmogljivost baterije in celovitost elektrode.
• Natrij ima veliko višji standardni elektrodni potencial (0,33 V višji od litija), kar ima za posledico nižjo energijsko gostoto in otežuje konkurenco litij-ionskim baterijam v energetskem sektorju.

Najnovejši napredek raziskav

V zadnjih letih raziskave natrijevih ionskih baterij vključujejo napreden katodni material brez kobalta za natrijeve ionske baterije, poceni polianionski sulfat za pozitivno elektrodo natrijevih ionskih baterij, nano-pb spojine, ki se uporabljajo v pozitivni natrijevi elektrodi. -ionske baterije, temeljne raziskave organskih anodnih materialov za natrijeve ionske baterije za potencialno komercialno uporabo, kovinski oksidi in sulfidi na osnovi kositra, ki se uporabljajo kot anodni materiali za natrijeve ionske baterije, nanoinženiring naprednih ogljikovih materialov v natrijevih ionskih baterijah in uporaba napredne in situ karakterizacije pri študiju natrijevih ionskih baterij. Na splošno je še vedno raziskovalna vroča točka za pridobivanje visokozmogljivih materialov za pozitivne in negativne elektrode z vidika optimizacije sredstev za modifikacijo, izboljšanja metod priprave in raziskovanja mehanizma za shranjevanje natrija za izboljšanje splošne konkurenčnosti natrijevih ionskih baterij.