Bakgrunn

Litium-ion-batterier har vært mye brukt som oppladbare batterier siden 1990-tallet på grunn av deres høye reversible kapasitet og syklusstabilitet. Med den betydelige økningen i prisen på litium og den økende etterspørselen etter litium og andre grunnleggende komponenter i litium-ion-batterier, tvinger den økende mangelen på oppstrøms råmaterialer for litiumbatterier oss til å utforske nye og billigere elektrokjemiske systemer basert på eksisterende rikelige elementer . Lavere kostnader natrium-ion-batterier er det beste alternativet. Natrium-ion-batteri ble nesten oppdaget sammen med litium-ion-batteri, men på grunn av sin store ione-radius og lave kapasitet, er folk mer tilbøyelige til å studere litium-elektrisitet, og forskningen på natrium-ion-batterier stoppet nesten opp. Med den raske veksten av elektriske kjøretøyer og energilagringsindustrien de siste årene, har natriumionbatteriet, som har blitt foreslått samtidig med litiumionbatteriet, igjen tiltrukket folk's oppmerksomhet.

Litium, natrium og kalium er alle alkalimetaller i grunnstoffenes periodiske system. De har lignende fysiske og kjemiske egenskaper og kan brukes som sekundære batterimaterialer i teorien. Natriumressurser er svært rike, vidt distribuert i jordskorpen og enkle å utvinne. Som erstatning for litium har natrium blitt viet mer og mer oppmerksomhet i batterifeltet. Batterietprodusentsrusleå lansere teknologien ruten for natrium-ion batteri.Veiledende meninger om å akselerere utviklingen av ny energilagring, Vitenskapelig og teknologisk innovasjonsplan på energifeltet i løpet av den 14. femårsplanperioden, ogImplementeringsplan for utvikling av nytt energilager i løpet av 14. femårsplanperiodeutstedt av National Development and Reform Commission og National Energy Administration har nevnt å utvikle en ny generasjon av høyytelses energilagringsteknologier som natriumion-batterier. Nærings- og informasjonsteknologidepartementet (MIIT) har også fremmet nye batterier, som for eksempel natrium-ion-batterier, som ballast for utviklingen av den nye energiindustrien. Bransjestandarder for natrium-ion-batterier er også under arbeid. Det forventes at når industrien øker investeringene, teknologien blir moden og industrikjeden gradvis forbedres, forventes natriumionbatteriet med høy kostnadsytelse å okkupere en del av litiumionbatterimarkedet.

Natrium-ion-batteri kontra litium-ion-batteri

• Karbonnegativ elektrode til natriumionbatteri har lavere kostnader og større modifikasjonsplass enn grafitt.
• Aluminiumsfolie kan brukes som strømsamler for den positive og negative elektroden til natriumion-batterier. Litium-ion-batterier har lavt negativt potensial og må bruke kobberfolie som ikke er korrodert. Natrium-ion-batterier har derimot et høyt negativt potensial, så de legeres ikke med natrium. Aluminiumsfolie er lavere i vekt og pris enn kobberfolie.
• I elektrolytten er løseligheten av Na⁺ er omtrent 30 % lavere enn Li⁺. Oppløsningshastigheten er høy, og ladningsoverføringsmotstanden ved elektrode-elektrolytt-grensesnittet er liten, noe som gir bedre elektrodedynamikk. Derfor er utladningshastigheten for natriumionladning høy ved høy temperatur og lav temperatur, og lavtemperaturytelsen er utmerket, og den kan lades raskt.
• Natrium-ion-batterier har et bredere utvalg av positive elektrodematerialer. Nesten alle overgangsmetallelementer i den første raden i det periodiske systemet kan brukes i natriumionbatterier. Dette skyldes den store størrelsesforskjellen mellom Na⁺ (radius 0,102 nm) og overgangsmetallioner (radius 0,05-0,07 nm), noe som bidrar til deres separasjon.
• Den interne motstanden til et natrium-ion-batteri er høyere enn for et litium-ion-batteri. Ved kortslutning er den øyeblikkelige varmen mindre, temperaturstigningen er langsommere og den termiske løpstemperaturen er høyere enn for et litiumbatteri, derfor er et natriumionbatteri sikrere.
• Den store radien av natriumion kan føre til materialbrudd når det fjernes fra elektrodematerialet, og dermed påvirke batteriets generelle kinetiske ytelse og elektrodens integritet.
• Natrium har et mye høyere standard elektrodepotensial (0,33V høyere enn litium), noe som resulterer i lavere energitetthet og gjør det vanskelig å konkurrere med litiumionbatterier i kraftsektoren.

Siste forskningsfremgang

De siste årene har forskningen på natriumionbatterier inkludert avansert koboltfritt katodemateriale for natriumionbatterier, lavkost polyanionisk sulfat for den positive elektroden til natriumionbatterier, nano-pb-forbindelser brukt i den positive elektroden til natrium -ion-batterier, grunnleggende forskning på organiske anodematerialer for natrium-ion-batterier til potensielle kommersielle bruksområder, tinnbaserte metalloksider og sulfider brukt som anodematerialer for natrium-ion-batterier, Nanoengineering av avanserte karbonmaterialer i natrium-ion-batterier, og anvendelse av avansert in situ karakterisering i studiet av natrium-ion-batterier. Generelt er det fortsatt et forskningshotspot for å oppnå positive og negative elektrodematerialer med høy ytelse fra aspektene ved å optimalisere modifikasjonsmidler, forbedre forberedelsesmetoder og utforske natriumlagringsmekanismer for å forbedre den generelle konkurranseevnen til natriumion-batterier.