Pozadina

Litijum-jonske baterije se naširoko koriste kao punjive baterije od 1990-ih zbog svog velikog reverzibilnog kapaciteta i stabilnosti ciklusa. Sa značajnim povećanjem cijene litijuma i sve većom potražnjom za litijumom i drugim osnovnim komponentama litijum-jonskih baterija, sve veći nedostatak sirovina za litijumske baterije primorava nas da istražujemo nove i jeftinije elektrohemijske sisteme zasnovane na postojećim elementima u izobilju. . Jeftinije natrijum-jonske baterije su najbolja opcija. Natrijum-jonska baterija je skoro otkrivena zajedno sa litijum-jonskom baterijom, ali zbog njenog velikog jonskog radijusa i malog kapaciteta ljudi su skloniji proučavanju litijumskog elektriciteta, a istraživanja natrijum-jonske baterije su skoro zastala. S brzim rastom električnih vozila i industrije skladištenja energije posljednjih godina, natrijum-jonska baterija, koja je predložena u isto vrijeme kao i litijum-jonska baterija, ponovo je privukla ljude's pažnjom.

Litijum, natrijum i kalijum su svi alkalni metali u periodnom sistemu elemenata. Imaju slična fizička i hemijska svojstva i teoretski se mogu koristiti kao sekundarni materijali za baterije. Resursi natrijuma su veoma bogati, široko rasprostranjeni u Zemljinoj kori i jednostavni za ekstrakciju. Kao zamjena za litij, natrijum se posvećuje sve više pažnje na polju baterija. Baterijaproizvođačsscramblepokrenuti tehnološku rutu natrijum-jonskih baterija.Vodeća mišljenja o ubrzanju razvoja novih skladišta energije, Naučno-tehnološki inovacioni plan u oblasti energetike tokom 14. petogodišnjeg plana, iPlan implementacije razvoja novog skladišta energije u 14. petogodišnjem periodukoju su izdale Nacionalna komisija za razvoj i reformu i Nacionalna uprava za energiju spominju razvoj nove generacije tehnologija za skladištenje energije visokih performansi kao što su natrijum-jonske baterije. Ministarstvo industrije i informacionih tehnologija (MIIT) je takođe promovisalo nove baterije, kao što su natrijum-jonske baterije, kao balast za razvoj nove energetske industrije. Industrijski standardi za natrijum-jonske baterije su takođe u izradi. Očekuje se da kako industrija povećava investicije, tehnologija postaje zrela i industrijski lanac se postepeno poboljšava, očekuje se da će natrijum-jonska baterija sa visokim performansama zauzeti dio tržišta litijum-jonskih baterija.

Natrijum-jonska baterija u odnosu na litijum-jonska baterija

• Ugljična negativna elektroda natrijum-jonske baterije ima nižu cijenu i veći prostor za modifikaciju od one od grafita.
• Aluminijska folija se može koristiti kao kolektor struje za pozitivnu i negativnu elektrodu natrijum-jonskih baterija. Litijum-jonske baterije imaju nizak negativni potencijal i moraju koristiti bakrenu foliju koja nije korodirana. Natrijum-jonske baterije, s druge strane, imaju veliki negativni potencijal, tako da se ne legiraju sa natrijumom. Aluminijska folija je niža po težini i cijeni od bakarne folije.
• U elektrolitu, rastvorljivost Na⁺ je oko 30% niži od Li⁺. Brzina rastvaranja je visoka, a otpor prijenosa naboja na sučelju elektroda – elektrolit je mali, što obezbjeđuje bolju dinamiku elektrode. Stoga je brzina pražnjenja natrijum-jona visoka na visokoj i niskoj temperaturi, a performanse na niskim temperaturama su odlične i može se brzo puniti.
• Natrijum-jonske baterije imaju veći izbor materijala pozitivnih elektroda. Gotovo svi elementi prelaznog metala u prvom redu periodnog sistema mogu se koristiti u natrijum-jonskim baterijama. To je zbog velike razlike u veličini između Na⁺ (radijus 0,102nm) i joni prelaznih metala (radijus 0,05-0,07nm), što je pogodno za njihovo razdvajanje.
• Unutrašnji otpor natrijum-jonske baterije je veći od otpora litijum-jonske baterije. U slučaju kratkog spoja, trenutna toplina je manja, porast temperature je sporiji, a temperatura odlaska je viša od one kod litijumske baterije, stoga je natrijum-jonska baterija sigurnija.
• Veliki radijus natrijum-jona može dovesti do pucanja materijala kada se ukloni iz materijala elektrode, što utiče na ukupne kinetičke performanse baterije i integritet elektrode.
• Natrijum ima mnogo veći standardni potencijal elektrode (0,33 V veći od litijuma), što rezultira manjom gustinom energije i otežava konkurenciju litijum-jonskim baterijama u energetskom sektoru.

Najnoviji napredak istraživanja

Posljednjih godina istraživanja natrijum-jonskih baterija uključuju napredni katodni materijal bez kobalta za natrijum-jonske baterije, jeftin polianionski sulfat za pozitivnu elektrodu natrijum-jonskih baterija, nano-pb jedinjenja koja se koriste u pozitivnoj elektrodi natrijuma -jonske baterije, osnovno istraživanje organskih anodnih materijala za natrijum-jonske baterije za potencijalne komercijalne primjene, metal na bazi kositra oksidi i sulfidi koji se koriste kao anodni materijali za natrijum-jonske baterije, Nanoinženjering naprednih ugljeničnih materijala u natrijum-jonskim baterijama i primena napredne in situ karakterizacije u proučavanju natrijum-jonskih baterija. Općenito, to je još uvijek žarište istraživanja za dobivanje materijala pozitivnih i negativnih elektroda visokih performansi sa aspekta optimizacije sredstava za modifikaciju, poboljšanja metoda pripreme i istraživanja mehanizama skladištenja natrijuma kako bi se poboljšala ukupna konkurentnost natrijum-jonskih baterija.