Baggrund

Lithium-ion-batterier har været meget brugt som genopladelige batterier siden 1990'erne på grund af deres høje reversible kapacitet og cyklusstabilitet. Med den betydelige stigning i prisen på lithium og den stigende efterspørgsel efter lithium og andre grundlæggende komponenter i lithium-ion-batterier, tvinger den stigende mangel på upstream-råmaterialer til lithium-batterier os til at udforske nye og billigere elektrokemiske systemer baseret på eksisterende rigelige elementer . Lavere omkostninger natrium-ion-batterier er den bedste løsning. Natrium-ion-batteri blev næsten opdaget sammen med lithium-ion-batteri, men på grund af dets store ion-radius og lave kapacitet er folk mere tilbøjelige til at studere lithium-elektricitet, og forskningen om natrium-ion-batterier gik næsten i stå. Med den hurtige vækst af elektriske køretøjer og energilagringsindustrien i de seneste år har natrium-ion-batteriet, som er blevet foreslået samtidig med lithium-ion-batteriet, igen tiltrukket folk's opmærksomhed.

Lithium, natrium og kalium er alle alkalimetaller i grundstoffernes periodiske system. De har lignende fysiske og kemiske egenskaber og kan bruges som sekundære batterimaterialer i teorien. Natriumressourcer er meget rige, udbredt i jordskorpen og lette at udvinde. Som erstatning for lithium er natrium blevet mere og mere opmærksom på batteriområdet. Batterietfabrikantsscrambleat lancere den teknologiske rute for natrium-ion batteri.Vejledende udtalelser om at fremskynde udviklingen af ​​ny energilagring, Videnskabelig og teknologisk innovationsplan på energiområdet i løbet af den 14. femårsplanperiode, ogImplementeringsplan for udvikling af nyt energilager i den 14. femårsplanperiodeudstedt af National Development and Reform Commission og National Energy Administration har nævnt at udvikle en ny generation af højtydende energilagringsteknologier såsom natrium-ion-batterier. Ministeriet for Industri og Informationsteknologi (MIIT) har også promoveret nye batterier, såsom natrium-ion-batterier, som ballast til udviklingen af ​​den nye energiindustri. Industristandarder for natrium-ion-batterier er også på vej. Det forventes, at efterhånden som industrien øger investeringerne, teknologien bliver moden og den industrielle kæde gradvist forbedres, forventes natrium-ion-batteriet med høj omkostningsydelse at optage en del af lithium-ion-batterimarkedet.

Natrium-ion-batteri kontra lithium-ion-batteri

• Kulstofnegativ elektrode af natrium-ion-batteri har lavere omkostninger og større modifikationsplads end grafit.
• Aluminiumsfolie kan bruges som strømaftager til de positive og negative elektroder på natrium-ion-batterier. Lithium-ion-batterier har lavt negativt potentiale og skal bruge kobberfolie, der ikke er korroderet. Natrium-ion-batterier har på den anden side et højt negativt potentiale, så de legeres ikke med natrium. Aluminiumsfolie er lavere i vægt og pris end kobberfolie.
• I elektrolytten er opløseligheden af ​​Na⁺ er omkring 30 % lavere end Li⁺. Opløsningshastigheden er høj, og ladningsoverførselsmodstanden ved elektrode-elektrolyt-grænsefladen er lille, hvilket giver bedre elektrodedynamik. Derfor er afladningshastigheden for natriumionladning høj ved høj temperatur og lav temperatur, og lavtemperaturydelsen er fremragende, og den kan oplades hurtigt.
• Natrium-ion-batterier har et bredere udvalg af positive elektrodematerialer. Næsten alle overgangsmetalelementer i den første række af det periodiske system kan bruges i natriumionbatterier. Dette skyldes den store størrelsesforskel mellem Na⁺ (radius 0,102 nm) og overgangsmetalioner (radius 0,05-0,07 nm), hvilket er befordrende for deres adskillelse.
• Den interne modstand i et natrium-ion-batteri er højere end for et lithium-ion-batteri. I tilfælde af kortslutning er den øjeblikkelige varme mindre, temperaturstigningen er langsommere, og den termiske runaway-temperatur er højere end for et lithiumbatteri, derfor er et natrium-ion-batteri mere sikkert.
• Den store radius af natrium-ion kan føre til materialebrud, når det fjernes fra elektrodematerialet, og dermed påvirke batteriets overordnede kinetiske ydeevne og elektrodens integritet.
• Natrium har et meget højere standardelektrodepotentiale (0,33V højere end lithium), hvilket resulterer i en lavere energitæthed og gør det vanskeligt at konkurrere med lithium-ion-batterier i elsektoren.

Seneste forskningsfremskridt

I de senere år har forskningen i natriumionbatterier omfattet avanceret koboltfrit katodemateriale til natriumionbatterier, billigt polyanionisk sulfat til den positive elektrode af natriumionbatterier, nano-pb-forbindelser, der anvendes i den positive elektrode af natrium -ion-batterier, grundforskning i organiske anodematerialer til natrium-ion-batterier til potentielle kommercielle anvendelser, tinbaserede metaloxider og sulfider, der anvendes som anodematerialer til natrium-ion-batterier, nanoengineering af avancerede kulstofmaterialer i natrium-ion-batterier og anvendelse af avanceret in situ karakterisering i studiet af natrium-ion-batterier. Generelt er det stadig et forskningshotspot at opnå højtydende positive og negative elektrodematerialer fra aspekter af optimering af modifikationsmidler, forbedring af forberedelsesmetoder og udforskning af natriumlagringsmekanisme for at forbedre den overordnede konkurrenceevne for natrium-ion-batterier.