زمینه

باتری های لیتیوم یونی به دلیل ظرفیت برگشت پذیر بالا و پایداری چرخه از دهه 1990 به طور گسترده به عنوان باتری های قابل شارژ مورد استفاده قرار گرفتند.با افزایش قابل توجه قیمت لیتیوم و افزایش تقاضا برای لیتیوم و سایر اجزای اصلی باتری‌های لیتیوم یونی، کمبود فزاینده مواد اولیه بالادستی باتری‌های لیتیومی ما را مجبور می‌کند تا سیستم‌های الکتروشیمیایی جدید و ارزان‌تری را بر اساس عناصر فراوان موجود کشف کنیم. .باتری های سدیم یون ارزان قیمت بهترین گزینه هستند.باتری یونی سدیم تقریباً همراه با باتری لیتیوم یونی کشف شد، اما به دلیل شعاع یونی زیاد و ظرفیت کم آن، مردم تمایل بیشتری به مطالعه الکتریسیته لیتیوم دارند و تحقیقات روی باتری یون سدیم تقریبا متوقف شد.با رشد سریع خودروهای برقی و صنعت ذخیره سازی انرژی در سال های اخیر، باتری سدیم یونی که همزمان با باتری لیتیوم یونی مطرح شده است، دوباره توجه مردم را به خود جلب کرده است.'توجه است.

لیتیوم، سدیم و پتاسیم همه فلزات قلیایی در جدول تناوبی عناصر هستند.آنها خواص فیزیکی و شیمیایی مشابهی دارند و می توان از آنها به عنوان مواد باتری ثانویه در تئوری استفاده کرد.منابع سدیم بسیار غنی، به طور گسترده در پوسته زمین توزیع شده و استخراج آن ساده است.به عنوان جایگزین لیتیوم، سدیم بیشتر و بیشتر در زمینه باتری مورد توجه قرار گرفته است.باتریسازندهsتقلاراه اندازی مسیر فناوری باتری سدیم-یون.نظرات راهنما در مورد تسریع توسعه ذخیره انرژی جدید, طرح نوآوری علمی و فناوری در حوزه انرژی در دوره برنامه پنج ساله چهاردهم، وبرنامه اجرایی توسعه ذخیره انرژی های نو در دوره برنامه پنج ساله چهاردهمصادر شده توسط کمیسیون توسعه و اصلاحات ملی و اداره ملی انرژی، توسعه نسل جدیدی از فناوری‌های ذخیره انرژی با کارایی بالا مانند باتری‌های یون سدیم را ذکر کرده‌اند.وزارت صنعت و فناوری اطلاعات (MIIT) همچنین باتری‌های جدید مانند باتری‌های سدیم یونی را به عنوان بالاست برای توسعه صنعت انرژی‌های جدید تبلیغ کرده است.استانداردهای صنعتی برای باتری های سدیم یون نیز در حال کار است.انتظار می رود که با افزایش سرمایه گذاری صنعت، بالغ شدن فناوری و بهبود تدریجی زنجیره صنعتی، باتری سدیم یون با عملکرد هزینه بالا بخشی از بازار باتری لیتیوم یون را اشغال کند.

باتری سدیم یون در مقابل باتری لیتیوم یون

• الکترود کربن منفی باتری سدیم یون دارای هزینه کمتر و فضای اصلاح بزرگتر نسبت به گرافیت است.
• فویل آلومینیومی را می توان به عنوان جمع کننده جریان برای الکترود مثبت و منفی باتری های سدیم یون استفاده کرد.باتری های لیتیوم یون پتانسیل منفی پایینی دارند و باید از فویل مسی استفاده کنند که خورده نشده باشد.از سوی دیگر، باتری‌های یون سدیم پتانسیل منفی بالایی دارند، بنابراین با سدیم آلیاژ نمی‌شوند.فویل آلومینیوم از نظر وزن و هزینه کمتر از فویل مسی است.
• در الکترولیت، حلالیت Na⁺ حدود 30 درصد کمتر از Li است⁺.سرعت انحلال بالا است و مقاومت انتقال بار در رابط الکترود - الکترولیت کوچک است که دینامیک الکترود بهتری را فراهم می کند.بنابراین، نرخ تخلیه بار یون سدیم در دمای بالا و دمای پایین بالا است و عملکرد دمای پایین بسیار عالی است و می توان آن را به سرعت شارژ کرد.
• باتری‌های یون سدیم انتخاب گسترده‌تری از مواد الکترود مثبت دارند.تقریباً تمام عناصر فلزی واسطه در ردیف اول جدول تناوبی را می توان در باتری های یون سدیم استفاده کرد.این به دلیل تفاوت اندازه زیاد بین Na است⁺ (شعاع 0.102 نانومتر) و یون های فلزات واسطه (شعاع 0.05-0.07 نانومتر) که منجر به جداسازی آنها می شود.
• مقاومت داخلی باتری سدیم یونی بیشتر از باتری لیتیوم یونی است.در مورد اتصال کوتاه، گرمای آنی کمتر است، افزایش دما کندتر است و دمای فرار حرارتی بالاتر از باتری لیتیومی است، بنابراین باتری سدیم یون ایمن تر است.
• شعاع بزرگ یون سدیم ممکن است منجر به پارگی مواد در هنگام برداشتن مواد از الکترود شود، بنابراین بر عملکرد جنبشی کلی باتری و یکپارچگی الکترود تأثیر می گذارد.
• سدیم دارای پتانسیل الکترود استاندارد بسیار بالاتری است (0.33 ولت بالاتر از لیتیوم)، که در نتیجه چگالی انرژی کمتری دارد و رقابت با باتری‌های لیتیوم یونی در بخش برق را دشوار می‌کند.

آخرین پیشرفت تحقیقات

در سال‌های اخیر، تحقیقات روی باتری‌های یون سدیم شامل مواد کاتدی بدون کبالت پیشرفته برای باتری‌های یون سدیم، سولفات پلی آنیونی ارزان قیمت برای الکترود مثبت باتری‌های یون سدیم، ترکیبات نانو سرب مورد استفاده در الکترود مثبت سدیم است. - باتری‌های یونی، تحقیقات پایه در مورد مواد آند آلی برای باتری‌های یون سدیم تا کاربردهای تجاری بالقوه، اکسیدهای فلزی مبتنی بر قلع و سولفیدها که به عنوان مواد آند برای باتری‌های یون سدیم استفاده می‌شوند، نانومهندسی مواد کربنی پیشرفته در باتری‌های یون سدیم و کاربرد ویژگی‌های پیشرفته در محل در مطالعه باتری‌های یون سدیمبه طور کلی، هنوز یک کانون تحقیقاتی برای به دست آوردن مواد الکترود مثبت و منفی با کارایی بالا از جنبه‌های بهینه‌سازی وسایل اصلاح، بهبود روش‌های آماده‌سازی و کاوش مکانیسم ذخیره‌سازی سدیم برای بهبود رقابت کلی باتری‌های یون سدیم است.