Pozadina

Litij-ionske baterije naširoko se koriste kao punjive baterije od 1990-ih zbog svog visokog reverzibilnog kapaciteta i stabilnosti ciklusa. Uz znatan porast cijene litija i sve veću potražnju za litijem i drugim osnovnim komponentama litij-ionskih baterija, sve veći nedostatak sirovina za litijeve baterije tjera nas da istražimo nove i jeftinije elektrokemijske sustave temeljene na postojećim elementima u izobilju . Jeftinije natrij-ionske baterije najbolja su opcija. Natrij-ionska baterija skoro je otkrivena zajedno s litij-ionskom baterijom, ali zbog velikog ionskog radijusa i niskog kapaciteta, ljudi su skloniji proučavanju litijeve struje, a istraživanje natrij-ionske baterije gotovo je zastalo. S brzim rastom električnih vozila i industrije skladištenja energije posljednjih godina, natrij-ionska baterija, koja je predložena u isto vrijeme kao i litij-ionska baterija, ponovno je privukla ljude'pozornosti.

Litij, natrij i kalij su svi alkalijski metali u periodnom sustavu elemenata. Imaju slična fizikalna i kemijska svojstva i teoretski se mogu koristiti kao sekundarni materijali za baterije. Izvori natrija su vrlo bogati, široko rasprostranjeni u Zemljinoj kori i jednostavni za ekstrakciju. Kao zamjena za litij, natriju se posvećuje sve više pažnje u području baterija. Baterijaproizvođačsotimati sepokrenuti tehnološki put natrij-ionske baterije.Vodeća mišljenja o ubrzanju razvoja novog skladišta energije, Plan znanstveno-tehnoloških inovacija na području energetike u 14. petogodišnjem razdoblju, iPlan provedbe razvoja novih skladišta energije tijekom 14. petogodišnjeg planskog razdobljakoje je izdalo Nacionalno povjerenstvo za razvoj i reforme i Nacionalna uprava za energiju spomenuli su razvoj nove generacije tehnologija za pohranu energije visokih performansi kao što su natrij-ionske baterije. Ministarstvo industrije i informacijske tehnologije (MIIT) također je promoviralo nove baterije, kao što su natrij-ionske baterije, kao balast za razvoj nove energetske industrije. U izradi su i industrijski standardi za natrij-ionske baterije. Očekuje se da će, kako industrija bude povećavala ulaganja, tehnologija postajala zrelija i industrijski lanac postupno poboljšan, natrij-ionska baterija s visokim troškovima zauzeti dio tržišta litij-ionskih baterija.

Natrij-ionska baterija naspram litij-ionske baterije

• Ugljična negativna elektroda natrij-ionske baterije ima nižu cijenu i veći prostor za modifikaciju od grafita.
• Aluminijska folija može se koristiti kao kolektor struje za pozitivnu i negativnu elektrodu natrij-ionskih baterija. Litij-ionske baterije imaju nizak negativni potencijal i moraju koristiti bakrenu foliju koja nije korodirana. S druge strane, natrij-ionske baterije imaju visok negativni potencijal, pa ne legiraju s natrijem. Aluminijska folija ima nižu težinu i cijenu od bakrene folije.
• U elektrolitu topljivost Na⁺ je oko 30% niži od Lija⁺. Brzina otapanja je visoka, a otpor prijenosu naboja na sučelju elektroda – elektrolit je mali, što osigurava bolju dinamiku elektrode. Stoga je brzina pražnjenja natrijevog iona visoka pri visokoj i niskoj temperaturi, a performanse pri niskim temperaturama su izvrsne i može se brzo napuniti.
• Natrij-ionske baterije imaju veći izbor materijala za pozitivne elektrode. Gotovo svi prijelazni metalni elementi u prvom redu periodnog sustava mogu se koristiti u natrij-ionskim baterijama. To je zbog velike razlike u veličini između Na⁺ (radijus 0,102nm) i ione prijelaznih metala (radijus 0,05-0,07nm), što pogoduje njihovom odvajanju.
• Unutarnji otpor natrij-ionske baterije je veći nego kod litij-ionske baterije. U slučaju kratkog spoja, trenutna toplina je manja, porast temperature je sporiji i toplinska izlazna temperatura je viša nego kod litijeve baterije, stoga je natrij-ionska baterija sigurnija.
• Veliki radijus natrijevog iona može dovesti do pucanja materijala kada se ukloni s materijala elektrode, što utječe na ukupnu kinetičku izvedbu baterije i integritet elektrode.
• Natrij ima puno veći standardni potencijal elektrode (0,33 V veći od litija), što rezultira nižom gustoćom energije i otežava natjecanje s litij-ionskim baterijama u energetskom sektoru.

Najnoviji napredak istraživanja

Posljednjih godina istraživanje natrijevih ionskih baterija uključuje napredni katodni materijal bez kobalta za natrijeve ionske baterije, jeftini polianionski sulfat za pozitivnu elektrodu natrijevih ionskih baterija, nano-pb spojeve koji se koriste u pozitivnoj natrijevoj elektrodi -ionske baterije, osnovno istraživanje organskih anodnih materijala za natrij-ionske baterije za potencijalnu komercijalnu primjenu, metalni oksidi i sulfidi na bazi kositra koji se koriste kao anodni materijali za natrij-ionske baterije, nanoinženjering naprednih ugljikovih materijala u natrij-ionskim baterijama i primjena napredne in situ karakterizacije u proučavanju natrij-ionskih baterija. Općenito, to je još uvijek žarište istraživanja za dobivanje materijala za pozitivne i negativne elektrode visokih performansi s aspekta optimizacije načina modifikacije, poboljšanja metoda pripreme i istraživanja mehanizma za skladištenje natrija kako bi se poboljšala ukupna konkurentnost natrij-ionskih baterija.