Фон

Литий-ионные батареи широко используются в качестве перезаряжаемых батарей с 1990-х годов благодаря их высокой обратимой емкости и циклической стабильности. В условиях существенного роста цен на литий и растущего спроса на литий и другие основные компоненты литий-ионных батарей растущая нехватка исходного сырья для литиевых батарей вынуждает нас исследовать новые и более дешевые электрохимические системы, основанные на существующих богатых элементах. . Недорогие натрий-ионные аккумуляторы — лучший вариант. Натрий-ионный аккумулятор был почти открыт вместе с литий-ионным аккумулятором, но из-за его большого ионного радиуса и малой емкости люди более склонны изучать литиевое электричество, и исследования натрий-ионного аккумулятора практически застопорились. В связи с быстрым ростом электромобилей и индустрии хранения энергии в последние годы натрий-ионная батарея, которая была предложена одновременно с литий-ионной батареей, снова привлекла людей.'внимание.

Литий, натрий и калий — все щелочные металлы периодической таблицы элементов. Они имеют схожие физические и химические свойства и теоретически могут использоваться в качестве материалов для вторичных батарей. Ресурсы натрия очень богаты, широко распространены в земной коре и их легко добыть. В качестве заменителя лития натрию уделяется все больше внимания в области аккумуляторов. Батареяпроизводительsкарабкатьсязапустить технологический маршрут натрий-ионной батареи.Руководящие мнения по ускорению развития новых систем хранения энергии, План научно-технических инноваций в сфере энергетики на 14-ю пятилетку, иПлан реализации развития новых систем хранения энергии в 14-й пятилеткевыпущенные Национальной комиссией по развитию и реформам и Национальной энергетической администрацией, упомянули о разработке нового поколения высокопроизводительных технологий хранения энергии, таких как натрий-ионные батареи. Министерство промышленности и информационных технологий (МИИТ) также продвигает новые батареи, такие как натрий-ионные, в качестве балласта для развития новой энергетической отрасли. Отраслевые стандарты для натрий-ионных аккумуляторов также находятся в разработке. Ожидается, что по мере увеличения инвестиций в отрасль, зрелости технологии и постепенного улучшения производственной цепочки натрий-ионные аккумуляторы с высокими экономическими характеристиками займут часть рынка литий-ионных аккумуляторов.

Натрий-ионный аккумулятор против литий-ионного аккумулятора

• Углеродный отрицательный электрод натрий-ионной батареи имеет более низкую стоимость и больше возможностей для модификации, чем графитовый.
• Алюминиевую фольгу можно использовать в качестве токосъемника для положительного и отрицательного электрода натрий-ионных батарей. Литий-ионные аккумуляторы имеют низкий отрицательный потенциал и должны использовать медную фольгу, не подверженную коррозии. С другой стороны, натрий-ионные аккумуляторы имеют высокий отрицательный потенциал, поэтому они не сплавляются с натрием. Алюминиевая фольга меньше по весу и стоимости, чем медная фольга.
• В электролите растворимость Na⁺ примерно на 30% ниже, чем у Li⁺. Скорость растворения высокая, а сопротивление переносу заряда на границе раздела электрод-электролит мало, что обеспечивает лучшую динамику электрода. Таким образом, скорость разряда заряда ионов натрия высока при высоких и низких температурах, а характеристики при низких температурах превосходны, и его можно быстро заряжать.
• Натрий-ионные аккумуляторы имеют более широкий выбор материалов положительных электродов. Практически все элементы переходных металлов первого ряда таблицы Менделеева можно использовать в натрий-ионных батареях. Это связано с большой разницей в размерах Na⁺ (радиус 0,102 нм) и ионы переходных металлов (радиус 0,05-0,07 нм), что способствует их разделению.
• Внутреннее сопротивление натрий-ионной батареи выше, чем у литий-ионной батареи. В случае короткого замыкания мгновенное выделение тепла меньше, повышение температуры происходит медленнее, а температура термического разгона выше, чем у литиевой батареи, поэтому натрий-ионная батарея безопаснее.
• Большой радиус иона натрия может привести к разрыву материала при его удалении из материала электрода, что влияет на общие кинетические характеристики батареи и целостность электрода.
• Натрий имеет гораздо более высокий стандартный электродный потенциал (на 0,33 В выше, чем у лития), что приводит к более низкой плотности энергии и затрудняет конкуренцию с литий-ионными батареями в энергетическом секторе.

Последние достижения исследований

В последние годы исследования натрий-ионных батарей включают в себя усовершенствованный безкобальтовый катодный материал для натрий-ионных батарей, недорогой полианионный сульфат для положительного электрода натрий-ионных батарей, соединения нано-Pb, используемые в положительном электроде натриевых батарей. -ионные батареи, фундаментальные исследования органических анодных материалов для натрий-ионных батарей для потенциального коммерческого применения, оксиды и сульфиды металлов на основе олова, используемые в качестве анодных материалов для натрий-ионных батарей, наноинженерия современных углеродных материалов в натрий-ионных батареях и их применение. передовых исследований in situ при изучении натрий-ионных батарей. В целом, это по-прежнему горячая точка для исследований по получению высокоэффективных материалов положительных и отрицательных электродов с точки зрения оптимизации средств модификации, улучшения методов подготовки и изучения механизма хранения натрия для повышения общей конкурентоспособности натрий-ионных батарей.