Pozadí

Lithium-iontové baterie byly široce používány jako dobíjecí baterie od 90. let 20. století kvůli jejich vysoké vratné kapacitě a stabilitě cyklu. S podstatným nárůstem ceny lithia a rostoucí poptávkou po lithiu a dalších základních komponentech lithium-iontových baterií nás nutí rostoucí nedostatek výchozích surovin pro lithiové baterie hledat nové a levnější elektrochemické systémy založené na existujících hojných prvcích. . Levnější sodík-iontové baterie jsou nejlepší volbou. Sodíková baterie byla téměř objevena společně s lithium-iontovou baterií, ale kvůli jejímu velkému iontovému poloměru a nízké kapacitě lidé více inklinují ke studiu lithiové elektřiny a výzkum sodíkové-iontové baterie se téměř zastavil. S rychlým růstem elektrických vozidel a průmyslu skladování energie v posledních letech sodík-iontová baterie, která byla navržena současně s lithium-iontovou baterií, opět přilákala lidi.'pozornost.

Lithium, sodík a draslík jsou všechny alkalické kovy v periodické tabulce prvků. Mají podobné fyzikální a chemické vlastnosti a lze je teoreticky použít jako sekundární materiály baterií. Zásoby sodíku jsou velmi bohaté, široce distribuované v zemské kůře a snadno se těží. Jako náhradě lithia je sodíku věnována stále větší pozornost v oblasti baterií. Baterievýrobcesškrábatzahájit technologickou cestu sodíkovo-iontové baterie.Názory na urychlení rozvoje nových zásobníků energie, Plán vědeckotechnických inovací v oblasti energetiky na období 14. pětiletkyaImplementační plán rozvoje nového úložiště energie na 14. pětileté obdobívydané Národní komisí pro rozvoj a reformu a Národní energetickou správou se zmínily o vývoji nové generace vysoce výkonných technologií skladování energie, jako jsou sodíkové iontové baterie. Ministerstvo průmyslu a informačních technologií (MIIT) také propagovalo nové baterie, jako jsou sodno-iontové baterie, jako zátěž pro rozvoj nového energetického průmyslu. Pracuje se také na průmyslových standardech pro sodíko-iontové baterie. Očekává se, že jak průmysl navyšuje investice, technologie dospívá a průmyslový řetězec se postupně zdokonaluje, očekává se, že sodík-iontová baterie s vysokým nákladovým výkonem bude zabírat část trhu lithium-iontových baterií.

Sodík-iontová baterie versus lithium-iontová baterie

• Uhlíková záporná elektroda sodno-iontové baterie má nižší cenu a větší modifikační prostor než grafitová.
• Hliníkovou fólii lze použít jako sběrač proudu pro kladnou a zápornou elektrodu sodíkových iontových baterií. Lithium-iontové baterie mají nízký záporný potenciál a musí používat měděnou fólii, která není zkorodovaná. Sodno-iontové baterie mají naopak vysoký negativní potenciál, takže se nelegují se sodíkem. Hliníková fólie má nižší hmotnost a nižší cenu než měděná fólie.
• V elektrolytu je rozpustnost Na⁺ je asi o 30 % nižší než u Li⁺. Rychlost rozpouštění je vysoká a odpor přenosu náboje na rozhraní elektroda – elektrolyt je malý, což zajišťuje lepší dynamiku elektrody. Proto je rychlost vybíjení sodíkového iontu vysoká při vysoké teplotě a nízké teplotě a výkon při nízké teplotě je vynikající a lze jej rychle nabíjet.
• Sodno-iontové baterie mají širší výběr materiálů kladných elektrod. Téměř všechny prvky přechodného kovu v první řadě periodické tabulky lze použít v sodíkových bateriích. To je způsobeno velkým rozdílem velikosti mezi Na⁺ (poloměr 0,102nm) a iontů přechodných kovů (poloměr 0,05-0,07nm), což vede k jejich separaci.
• Vnitřní odpor sodík-iontové baterie je vyšší než u lithium-iontové baterie. V případě zkratu je okamžité teplo menší, nárůst teploty je pomalejší a teplota tepelného úniku je vyšší než u lithiové baterie, proto je sodík-iontová baterie bezpečnější.
• Velký poloměr sodíkových iontů může vést k prasknutí materiálu, když je odstraněn z materiálu elektrody, a tím ovlivnit celkový kinetický výkon baterie a integritu elektrody.
• Sodík má mnohem vyšší standardní elektrodový potenciál (o 0,33 V vyšší než lithium), což má za následek nižší hustotu energie a ztěžuje konkurenci s lithium-iontovými bateriemi v energetickém sektoru.

Nejnovější pokrok ve výzkumu

V posledních letech výzkum sodíkových iontových baterií zahrnuje pokročilý bezkobaltový katodový materiál pro sodíkové iontové baterie, levný polyaniontový sulfát pro kladnou elektrodu sodíkových iontových baterií, nano-pb sloučeniny používané v kladné elektrodě sodíku -iontové baterie, základní výzkum organických anodových materiálů pro sodíkové iontové baterie pro potenciální komerční aplikace, oxidy a sulfidy kovů na bázi cínu používané jako anodové materiály pro sodíkové iontové baterie, nanoinženýrství pokročilých uhlíkových materiálů v sodíkových iontových bateriích a aplikace pokročilé in situ charakterizace při studiu sodíkových-iontových baterií. Obecně je stále aktivním bodem výzkumu pro získání vysoce výkonných kladných a záporných elektrodových materiálů z hlediska optimalizace prostředků modifikace, zlepšování metod přípravy a zkoumání mechanismu skladování sodíku pro zlepšení celkové konkurenceschopnosti sodíkových iontových baterií.