Háttér

A lítium-ion akkumulátorokat nagy reverzibilis kapacitásuk és ciklusstabilitásuk miatt az 1990-es évek óta széles körben használják újratölthető akkumulátorként. A lítium árának jelentős emelkedése, valamint a lítium és a lítium-ion akkumulátorok egyéb alapvető alkotóelemei iránti növekvő kereslet miatt a lítium akkumulátorokhoz szükséges nyersanyagok növekvő hiánya arra kényszerít bennünket, hogy új és olcsóbb elektrokémiai rendszereket kutassunk fel, amelyek a meglévő bőséges elemeken alapulnak. . Az alacsonyabb költségű nátrium-ion akkumulátorok a legjobb megoldás. A nátrium-ion akkumulátort majdnem a lítium-ion akkumulátorral együtt fedezték fel, de nagy ionsugara és alacsony kapacitása miatt az emberek hajlamosabbak a lítium-elektromosság tanulmányozására, és a nátrium-ion akkumulátorral kapcsolatos kutatás szinte megakadt. Az elektromos járművek és az energiatároló ipar elmúlt évek gyors növekedésével a nátrium-ion akkumulátor, amelyet a lítium-ion akkumulátorral egy időben javasoltak, ismét vonzotta az embereket.'s figyelmét.

A lítium, a nátrium és a kálium mind alkálifémek az elemek periódusos rendszerében. Hasonló fizikai és kémiai tulajdonságokkal rendelkeznek, és elméletileg másodlagos akkumulátoranyagként is használhatók. A nátriumkészlet nagyon gazdag, széles körben elterjedt a földkéregben, és egyszerűen kivonható. A lítium helyettesítőjeként a nátriumra egyre nagyobb figyelmet fordítanak az akkumulátorok területén. Az akkumulátorgyártóstülekedésa nátrium-ion akkumulátor technológiai útjának elindítására.Irányadó vélemények az új energiatárolás fejlesztésének felgyorsításáról, Tudományos és technológiai innovációs terv az energetikai területen a 14. ötéves tervidőszakban, ésMegvalósítási terv új energiatárolás fejlesztésére a 14. ötéves tervidőszakbanA Nemzeti Fejlesztési és Reformbizottság és az Országos Energiaügyi Hivatal által kiadott közleményben megemlítették a nagy teljesítményű energiatárolási technológiák, például a nátrium-ion akkumulátorok új generációjának kifejlesztését. Az Ipari és Informatikai Minisztérium (MIIT) új akkumulátorokat, például nátrium-ion akkumulátorokat is támogat, mint előtétet az új energiaipar fejlesztéséhez. A nátrium-ion akkumulátorokra vonatkozó iparági szabványok is készülnek. Várhatóan, ahogy az ipar növeli a beruházásokat, a technológia éretté válik, és az ipari lánc fokozatosan javul, a magas költséghatékonyságú nátrium-ion akkumulátorok várhatóan elfoglalják a lítium-ion akkumulátorok piacának egy részét.

Nátrium-ion akkumulátor versus lítium-ion akkumulátor

• A nátrium-ion akkumulátor szénnegatív elektródája alacsonyabb költséggel és nagyobb módosítási hellyel rendelkezik, mint a grafité.
• Az alumínium fólia használható áramgyűjtőként a nátrium-ion akkumulátorok pozitív és negatív elektródájához. A lítium-ion akkumulátorok alacsony negatív potenciállal rendelkeznek, és nem korrodált rézfóliát kell használni. A nátrium-ion akkumulátorok viszont nagy negatív potenciállal rendelkeznek, ezért nem ötvözik nátriummal. Az alumíniumfólia súlya és költsége alacsonyabb, mint a rézfólia.
• Az elektrolitban a Na oldhatósága⁺ körülbelül 30%-kal alacsonyabb, mint az Li⁺. Az oldódási sebesség magas, és az elektróda-elektrolit határfelületen a töltésátviteli ellenállás kicsi, ami jobb elektróddinamikát biztosít. Ezért a nátrium-ion töltés kisülési sebessége magas hőmérsékleten és alacsony hőmérsékleten magas, az alacsony hőmérsékletű teljesítmény pedig kiváló, és gyorsan feltölthető.
• A nátrium-ion akkumulátorok a pozitív elektróda anyagok szélesebb választékával rendelkeznek. A periódusos rendszer első sorában szereplő átmenetifém-elemek szinte mindegyike felhasználható nátrium-ion akkumulátorokban. Ez a Na közötti nagy méretkülönbségnek köszönhető⁺ (sugár 0,102 nm) és átmeneti fémionok (sugár 0,05-0,07 nm), ami elősegíti elválasztásukat.
• A nátrium-ion akkumulátor belső ellenállása nagyobb, mint a lítium-ion akkumulátoré. Rövidzárlat esetén a pillanatnyi hő kisebb, a hőmérséklet-emelkedés lassabb és a hőkifutási hőmérséklet magasabb, mint a lítium akkumulátoré, ezért a nátrium-ion akkumulátor biztonságosabb.
• A nátrium-ion nagy sugara az anyag megrepedéséhez vezethet, amikor eltávolítják az elektróda anyagából, ami befolyásolja az akkumulátor általános kinetikai teljesítményét és az elektróda integritását.
• A nátrium sokkal magasabb szabványos elektródpotenciállal rendelkezik (0,33 V-tal magasabb, mint a lítiumé), ami alacsonyabb energiasűrűséget eredményez, és megnehezíti a versenyt a lítium-ion akkumulátorokkal az energiaszektorban.

A legújabb kutatási eredmények

Az elmúlt években a nátrium-ion akkumulátorokkal kapcsolatos kutatások magukban foglalják a nátrium-ion akkumulátorok korszerű kobaltmentes katódanyagát, a nátrium-ion akkumulátorok pozitív elektródájához olcsó polianionos szulfátot, a nátrium pozitív elektródájában használt nano-pb vegyületeket. -ion ​​akkumulátorok, a nátrium-ion akkumulátorok szerves anódanyagainak alapkutatása potenciális kereskedelmi alkalmazásokhoz, ónalapú fém-oxidok és szulfidok, amelyeket nátrium-ion akkumulátorok anódanyagaként használnak, fejlett szénanyagok nanomérnöki tervezése nátrium-ion akkumulátorokban és alkalmazása fejlett in situ jellemzése a nátrium-ion akkumulátorok tanulmányozásában. Általánosságban elmondható, hogy a nagy teljesítményű pozitív és negatív elektródaanyagok előállítása a módosítási módszerek optimalizálása, az előkészítési módszerek javítása és a nátrium tárolási mechanizmusok feltárása szempontjából továbbra is egy kutatási hotspot a nátrium-ion akkumulátorok általános versenyképességének javítása érdekében.