Was ist eine natrium-ionen-batterie?

Eine Natrium-Ionen-Batterie ist eine wiederaufladbare Batterie, die aus einer positiven Elektrode besteht, eine negative Elektrode, ein Elektrolyt, eine Kollektorflüssigkeit und eine Membran. Es verwendet Natriumionen (Na+) als Ladungsträger statt herkömmlicher Lithium-Ionen (Li+) und funktioniert hauptsächlich durch Bewegen von Natriumionen zwischen den positiven und negativen Elektroden. Es funktioniert sehr ähnlich wie Lithium-Ionen-Akkus, sogar der innere Aufbau der Batterie ist im Grunde gleich, Sie haben zwei Elektroden (ein positives und ein negatives) durch einen Elektrolyten getrennt. Während des Ladevorgangs, Natriumionen wandern von der positiven Elektrode durch den Elektrolyten zur negativen Elektrode und werden dort gespeichert. Während des Entladevorgangs, Die Natriumionen wandern zurück zur positiven Elektrode und erzeugen Strom. Mit anderen Worten, das Natriumion wird durch das Lithiumion ersetzt. Natriumionenbatterien sind attraktiv, weil sie reichlich vorhandene und kostengünstige Natriumressourcen verwenden, während Lithium ein relativ seltenes und teures Metall ist.

Eine der Herausforderungen von Natriumionenbatterien besteht darin, dass Natriumionen größer sind als Lithiumionen, Das bedeutet, dass die in den Batterien verwendeten Materialien in der Lage sein müssen, die größeren Natriumionen aufzunehmen. Dazu müssen geeignete Elektroden und Elektrolyte gefunden werden. Die Forschung zur Entwicklung neuer Materialien und zur Optimierung der Leistung von Natriumionenbatterien ist im Gange.

1.Wie funktionieren Natrium-Ionen-Batterien??

Natrium-Ionen-Batterien funktionieren, indem sie die Bewegung von Natriumionen zwischen zwei Elektroden nutzen, eine positive Elektrode (Kathode) und eine negative Elektrode (Anode), durch einen Elektrolyten.

Während des Ladevorgangs, Die Batterie ist an eine Stromquelle angeschlossen, und die Bewegung von Elektronen im externen Stromkreis bewirkt, dass die Natriumionen von der Kathode zur Anode wandern. Gleichzeitig, Elektronen werden durch den externen Stromkreis von der Kathode zur Anode übertragen. Das Anodenmaterial besteht üblicherweise aus einem Material, das interkalieren kann (d.h., einfügen und entfernen) Natrium-Ionen, wie Graphit, während das Kathodenmaterial üblicherweise ein Metalloxid ist, wie Natriumkobaltoxid (NaCoO2).

Beim Entladen, die Batterie ist von der Stromquelle getrennt, und die Natriumionen wandern durch den Elektrolyten zurück zur Kathode, Erzeugen eines Elektronenflusses im äußeren Stromkreis. Die Menge an Energie, die gespeichert und abgegeben werden kann, hängt von den in der Batterie verwendeten Materialien ab, die Größe und Oberfläche der Elektroden, und andere Faktoren.

2.Vor- und Nachteile von Natrium-Ionen-Batterien

Natrium-Ionen-Batterien haben gegenüber anderen Akkutypen mehrere Vor- und Nachteile, wie Lithium-Ionen-Akkus. Hier sind einige der wichtigsten Vor- und Nachteile von Natrium-Ionen-Batterien:

Vorteile:

A. Reichlich und preiswert. Natrium ist häufiger und billiger als Lithium, die das Potenzial hat, Natrium-Ionen-Batterien kostengünstiger zu machen.

B. Niedriges Risiko. Im Vergleich zu einigen anderen Batteriechemien, Natrium-Ionen-Batterien haben ein geringeres Risiko des thermischen Durchgehens, was die Verwendung sicherer machen kann.

C. Umweltbelastung. Natriumionenbatterien haben eine geringere Umweltbelastung als einige andere chemische Batterien, da Natrium häufiger vorkommt und weniger giftig ist als einige andere Metalle.

D. Sehr schnelle Ladegeschwindigkeit, es wird gesagt, dass bei Raumtemperatur gerade 15 Minuten Ladezeit, die Kraft kann reichen 80%.

e. Die Arbeitstemperaturspanne von Natriumbatterien ist ebenfalls sehr groß, und sie können eine Entladungsretentionsrate von über haben 90% in einer Umgebung mit niedriger Temperatur von -20℃.

Nachteile：

A. Niedrige Energiedichte. Der größte Nachteil von Natriumbatterien ist die geringe Energiedichte, Einige Daten zeigen, dass die Energiedichte des Monomers für Natriumionenbatterien 100–150 Wh/kg beträgt, weniger als die untere Grenze von 180 Wh/kg in den Anforderungen der chinesischen Industrie, was bedeutet, dass die gleiche Reichweite von zwei Batterien, Natriumbatterien sind größer und schwerer als Lithiumbatterien.

Tesla-Modell 3 verwendet derzeit eine ternäre Lithiumbatterie mit einer Energiedichte von 260 Wh/kg, Teslas dritte Generation 4680 Die Energiedichte der Batterie kann 330 Wh/kg erreichen. Die Energiedichte der Natrium-Ionen-Batterie beträgt sogar weniger als die Hälfte, Energiedichte, gleiches Gewicht bestimmen, das gleiche Volumen, dessen Akkupack länger halten kann. So verbessern Sie die Energiedichte von Natrium-Ionen-Batterien, das ist ein großes Problem vor vielen Unternehmen. Wenn das Energiedichteproblem keinen bahnbrechenden Fortschritt haben kann, zumindest in der zukunft ist es nicht möglich, die lithium-batterie vollständig zu ersetzen.

B. Größere Größe und Gewicht. Denn Natriumionen sind größer als Lithiumionen, Das bedeutet, dass die in den Batterien verwendeten Materialien in der Lage sein müssen, größere Größen von Natriumionen aufzunehmen, und Natriumionenbatterien können größere Elektroden und Elektrolyte erfordern, wodurch sie größer und schwerer als Lithium-Ionen-Batterien werden können.

Für Natriumionenbatterien stehen drei Arten von Kathodenmaterialien zur Verfügung, Schichtoxid, Materialien vom Polyanion- und Preußisch-Blau-Typ. Einige Hersteller werden diese Batteriezellen auch direkt mit Aluminiumblöcken produzieren, Die Natriumbatterie der ersten Generation von Ningde Time verwendet Preußischblau-ähnliche Materialien, die günstig sind, einfach zu synthetisieren, sehr gestaltbar, und haben eine hohe theoretische Grammkapazität und Multiplikatorleistung, haben aber die Nachteile einer schwierigen Wasserentfernung, geringe Lebensdauer, schlechte tatsächliche Multiplikatorleistung, niedrige Massenenergiedichte, große Spannungspolarisation, und Gefahr des thermischen Durchgehens.

Das fatalste Problem ist der Produktions- und Verarbeitungsprozess, bei unsachgemäßer Handhabung extrem leicht kristallines Wasser zu bilden, und dieses Problem ist derzeit schwer zu lösen. Es heißt, die Ningde Times habe die Entwicklung von Natrium-Ionen-Batterien mit Preußischblau-ähnlichen Materialien ausgesetzt, und versucht nun, mit geschichteten Oxiden und polyanionischen Materialien eine Massenproduktion zu erreichen. Die Schichtoxid-Kristallstruktur ist ähnlich dem ternären Kathodenmaterial, Die Vorteile davon sind eine hohe Energiedichte, ausgezeichnete Radfahrleistung, gute Multiplikatorleistung, Die Nachteile sind eine schlechte Stabilität in der Luft, die Aufschlämmung ist leicht zu gelieren, Gramm Kapazität spielen instabil. Polyanionische Materialien, andererseits, sind für ihre hohe Lebensdauer bekannt, hohe theoretische Betriebsspannung, und gute thermische Stabilität, mit den Nachteilen geringer Energiedichte und hoher Rohstoffkosten.

C. Leistung und Stabilität. Natrium-Ionen-Batterien befinden sich noch in einem frühen Entwicklungsstadium, und ihre Leistung und Stabilität sind möglicherweise nicht so gut verstanden wie andere Batteriechemien, wie Lithium-Ionen-Akkus. Die wahren Kosten des Follow-ons und die reale Erfahrung sind ebenfalls unbekannt. Was ist mehr, obwohl Lithiumcarbonat derzeit sehr teuer ist, sein Markt schwankt, und sobald wir einen Durchbruch bei Natriumionenbatterien sehen, es wird zwangsläufig zu einer erheblichen Preisreduzierung kommen und Natriumbatterien werden jeden Vorteil verlieren.

Im Allgemeinen, Natrium-Ionen-Batterien sind eine Richtung der Forschung und Entwicklung, Es bedarf jedoch weiterer Forschung und Entwicklung, um ihre Leistung zu verbessern und ihre Grenzen zu beseitigen. Ternäre Lithium-Batterien und Lithium-Eisenphosphat-Batterien werden sicherlich noch lange die absoluten Mainstream-Batterien bleiben.

3.Natrium-Ionen-Batterien vs. Lithium-Ionen-Batterien

Natrium-Ionen-Batterien und Lithium-Ionen-Batterien sind beide Arten von wiederaufladbaren Batterien, aber sie haben einige wesentliche Unterschiede in ihrer Chemie und Leistung. Hier sind einige der Hauptunterschiede zwischen Natrium-Ionen-Batterien und Lithium-Ionen-Batterien:

A. Materialien: Natrium-Ionen-Batterien verwenden Natriumionen als Ladungsträger, während Lithium-Ionen-Batterien Lithium-Ionen verwenden. Natrium ist häufiger und billiger als Lithium, was Natrium-Ionen-Batterien potenziell kostengünstiger machen könnte.

B. Energiedichte: Lithium-Ionen-Batterien haben typischerweise eine höhere Energiedichte als Natrium-Ionen-Batterien, Das bedeutet, dass sie mehr Energie in einem bestimmten Volumen oder Gewicht speichern können. Dadurch eignen sich Lithium-Ionen-Batterien besser für tragbare Geräte, bei denen Größe und Gewicht wichtig sind.

C. Leistung: Lithium-Ionen-Batterien wurden intensiv erforscht und entwickelt, und sie haben im Allgemeinen eine bessere Leistung und Stabilität als Natrium-Ionen-Batterien. Natrium-Ionen-Batterien befinden sich noch in einem frühen Entwicklungsstadium, und ihre Leistung und Stabilität sind noch nicht gut verstanden.

D. Sicherheit: Natrium-Ionen-Batterien haben im Vergleich zu einigen Lithium-Ionen-Batterien ein geringeres Risiko des thermischen Durchgehens, was die Verwendung sicherer machen kann.

e. Umweltbelastung: Natrium-Ionen-Batterien haben eine geringere Umweltbelastung als einige Lithium-Ionen-Batterien, da Natrium häufiger vorkommt und weniger toxisch ist als Lithium.

F. Lebensdauer. Die aktuelle Zyklenlebensdauer von Natrium-Ionen-Batterien ist viel geringer als die von Lithium-Ionen-Batterien, was sicherlich die Anzahl der Wartungen und des Austauschs der verwendeten Natrium-Ionen-Batterien erhöhen wird. Natriumbatterien liegen im Allgemeinen zwischen 1000-3000 mal. Im Gegensatz, die Zyklenlebensdauer von Lithium-Eisenphosphat-Batterien liegt zwischen 3000-10000 mal.

Im Allgemeinen, verglichen mit der Industrie ist ausgereiftere Lithium-Batterien, Natrium-Batterie-Industrie ist weit von der Bildung der Massenproduktion im großen Maßstab, Derzeit gibt es in einer Industriekette keinen soliden Engpass, Dadurch sind die aktuellen Natrium-Ionen-Batterien als Lithium-Eisen-Phosphat-Preise ebenfalls hoch.

Das sagten Brancheninsider: “Ob Energiespeicher oder andere Bereiche, Natrium-Ionen-Batterien in diesem Stadium ist schwierig, Lithium-Batterien vollständig zu ersetzen, denn die Anwendungsbereiche zwischen beiden ergänzen sich, Die aktuelle Marktpositionierung von Natrium-Ionen-Batterien ist eine potenzielle Alternative zu Lithium-Ionen-Batterien, ist eine Ergänzung zu Lithiumbatterien, eher als ein Ersatz.“

Luoyang Tianhuan Energietechnologie Co., GMBH

Webseite:www.lythbattery.com

Email:info@lythbattery.com