Tło

Baterie litowo-jonowe są szeroko stosowane jako akumulatory od lat 90. XX wieku ze względu na ich wysoką odwracalną pojemność i stabilność cyklu. Wraz ze znacznym wzrostem cen litu oraz rosnącym zapotrzebowaniem na lit i inne podstawowe komponenty akumulatorów litowo-jonowych, rosnący niedobór surowców do produkcji akumulatorów litowych zmusza nas do poszukiwania nowych i tańszych systemów elektrochemicznych opartych na istniejących powszechnie dostępnych pierwiastkach . Najlepszym rozwiązaniem są tańsze akumulatory sodowo-jonowe. Bateria sodowo-jonowa została prawie odkryta razem z baterią litowo-jonową, ale ze względu na jej duży promień jonów i małą pojemność ludzie są bardziej skłonni do badania elektryczności litowej, a badania nad baterią sodowo-jonową prawie utknęły w martwym punkcie. Wraz z szybkim rozwojem pojazdów elektrycznych i branży magazynowania energii w ostatnich latach, akumulator sodowo-jonowy, który został zaproponowany w tym samym czasie co akumulator litowo-jonowy, ponownie przyciągnął ludzi'uwaga.

Lit, sód i potas to metale alkaliczne w układzie okresowym pierwiastków. Mają podobne właściwości fizyczne i chemiczne i teoretycznie mogą być stosowane jako materiały do ​​akumulatorów wtórnych. Zasoby sodu są bardzo bogate, szeroko rozpowszechnione w skorupie ziemskiej i łatwe do wydobycia. Jako substytut litu, w dziedzinie akumulatorów coraz większą uwagę poświęca się sodowi. Bateriaproducentsrozchwytaćuruchomienie ścieżki technologicznej baterii sodowo-jonowych.Wytyczne w sprawie przyspieszenia rozwoju nowych magazynów energii, Plan innowacji naukowo-technologicznych w dziedzinie energii w okresie 14. planu pięcioletniego, IPlan wdrażania rozwoju nowych magazynów energii w okresie 14. planu pięcioletniegowydane przez Krajową Komisję Rozwoju i Reform oraz Krajową Administrację ds. Energii wspomniały o opracowaniu nowej generacji wysokowydajnych technologii magazynowania energii, takich jak akumulatory sodowo-jonowe. Ministerstwo Przemysłu i Technologii Informacyjnych (MIIT) promowało także nowe baterie, takie jak baterie sodowo-jonowe, jako balast dla rozwoju nowego przemysłu energetycznego. Trwają również prace nad standardami branżowymi dotyczącymi akumulatorów sodowo-jonowych. Oczekuje się, że w miarę zwiększania inwestycji w branży, dojrzewania technologii i stopniowego ulepszania łańcucha przemysłowego, oczekuje się, że akumulatory sodowo-jonowe o wysokiej wydajności kosztowej zajmą część rynku akumulatorów litowo-jonowych.

Bateria sodowo-jonowa kontra bateria litowo-jonowa

• Węglowa elektroda ujemna akumulatora sodowo-jonowego ma niższy koszt i większą przestrzeń modyfikacji niż grafit.
• Folia aluminiowa może służyć jako kolektor prądu dla elektrody dodatniej i ujemnej akumulatorów sodowo-jonowych. Baterie litowo-jonowe mają niski potencjał ujemny i muszą być wykonane z folii miedzianej, która nie jest skorodowana. Z drugiej strony akumulatory sodowo-jonowe mają wysoki potencjał ujemny, więc nie tworzą stopów z sodem. Folia aluminiowa jest lżejsza i tańsza niż folia miedziana.
• W elektrolicie rozpuszczalność Na⁺ jest o około 30% niższa niż Li⁺. Szybkość rozpuszczania jest wysoka, a opór przenoszenia ładunku na granicy faz elektroda – elektrolit jest niewielki, co zapewnia lepszą dynamikę elektrody. Dlatego szybkość rozładowania ładunku jonów sodu jest wysoka w wysokiej i niskiej temperaturze, a działanie w niskiej temperaturze jest doskonałe i można je szybko ładować.
• W akumulatorach sodowo-jonowych dostępny jest szerszy wybór materiałów elektrody dodatniej. W akumulatorach sodowo-jonowych można zastosować prawie wszystkie pierwiastki metali przejściowych pierwszego rzędu układu okresowego. Wynika to z dużej różnicy wielkości pomiędzy Na⁺ (promień 0,102nm) i jonów metali przejściowych (promień 0,05-0,07nm), co sprzyja ich separacji.
• Wewnętrzna rezystancja akumulatora sodowo-jonowego jest wyższa niż akumulatora litowo-jonowego. W przypadku zwarcia chwilowe ciepło jest mniejsze, wzrost temperatury jest wolniejszy, a temperatura niekontrolowanej temperatury jest wyższa niż w przypadku akumulatora litowego, dlatego akumulator sodowo-jonowy jest bezpieczniejszy.
• Duży promień jonów sodu może prowadzić do rozerwania materiału po usunięciu go z materiału elektrody, wpływając w ten sposób na ogólną wydajność kinetyczną akumulatora i integralność elektrody.
• Sód ma znacznie wyższy standardowy potencjał elektrody (o 0,33 V wyższy niż lit), co skutkuje niższą gęstością energii i utrudnia konkurowanie z akumulatorami litowo-jonowymi w energetyce.

Najnowsze postępy badawcze

W ostatnich latach badania nad akumulatorami sodowo-jonowymi obejmują zaawansowany bezkobaltowy materiał katodowy do akumulatorów sodowo-jonowych, tani siarczan polianionowy na elektrodę dodatnią akumulatorów sodowo-jonowych, związki nano-pb stosowane w elektrodzie dodatniej sodowych akumulatory jonowo-jonowe, badania podstawowe nad organicznymi materiałami anodowymi do akumulatorów sodowo-jonowych do potencjalnych zastosowań komercyjnych, tlenki i siarczki metali na bazie cyny stosowane jako materiały anodowe do akumulatorów sodowo-jonowych, Nanoinżynieria zaawansowanych materiałów węglowych w akumulatorach sodowo-jonowych i zastosowanie zaawansowanej charakterystyki in situ w badaniach akumulatorów sodowo-jonowych. Ogólnie rzecz biorąc, nadal głównym obszarem badań jest pozyskiwanie wysokowydajnych materiałów na elektrody dodatnie i ujemne w aspektach optymalizacji środków modyfikacji, ulepszania metod przygotowania i badania mechanizmów magazynowania sodu w celu poprawy ogólnej konkurencyjności akumulatorów sodowo-jonowych.