Что такое натрий-ионный аккумулятор?

Натрий-ионная батарея представляет собой перезаряжаемую батарею, состоящую из положительного электрода., отрицательный электрод, электролит, коллекторная жидкость и диафрагма. Он использует ионы натрия. (Na+) в качестве носителя заряда вместо обычных ионов лития (Li+) и работает в основном за счет перемещения ионов натрия между положительным и отрицательным электродами.. Работает очень похоже на литий-ионные аккумуляторы., даже внутренняя структура батареи в основном такая же, у них два электрода (один положительный и один отрицательный) разделенный электролитом. Во время зарядки, ионы натрия перемещаются от положительного электрода через электролит к отрицательному электроду и накапливаются там. В процессе разрядки, ионы натрия возвращаются к положительному электроду и генерируют ток. Другими словами, ион натрия заменяется ионом лития. Ионно-натриевые батареи привлекательны тем, что в них используются обильные и недорогие ресурсы натрия., в то время как литий является относительно редким и дорогим металлом.

Одна из проблем натрий-ионных аккумуляторов заключается в том, что ионы натрия больше, чем ионы лития., это означает, что материалы, используемые в батареях, должны вмещать ионы натрия большего размера.. Это требует поиска подходящих электродов и электролитов.. Продолжаются исследования по разработке новых материалов и оптимизации характеристик натрий-ионных аккумуляторов..

1.Как работают натрий-ионные батареи?

Натрий-ионные батареи работают за счет движения ионов натрия между двумя электродами., положительный электрод (катод) и отрицательный электрод (анод), через электролит.

Во время зарядки, батарея подключена к источнику питания, а движение электронов во внешней цепи вызывает миграцию ионов натрия от катода к аноду. В то же время, электроны переходят от катода к аноду по внешней цепи. Материал анода обычно изготавливается из материала, который может интеркалировать (т.е., вставить и удалить) ионы натрия, например графит, в то время как материал катода обычно представляет собой оксид металла, например, оксид натрия кобальта (NaCoO2).

Во время разрядки, батарея отключена от источника питания, а ионы натрия возвращаются к катоду через электролит, создание потока электронов во внешней цепи. Количество энергии, которое может быть сохранено и высвобождено, зависит от материалов, используемых в батарее., размер и площадь поверхности электродов, и другие факторы.

2.Преимущества и недостатки натрий-ионных аккумуляторов

Натрий-ионные аккумуляторы имеют ряд преимуществ и недостатков по сравнению с другими типами аккумуляторов., такие как литий-ионные аккумуляторы. Вот некоторые из основных преимуществ и недостатков натрий-ионных аккумуляторов.:

Преимущества:

а. Обильный и недорогой. Натрий более распространен и дешевле, чем литий., который может сделать натрий-ионные батареи более экономичными..

б. Низкий риск. По сравнению с некоторыми другими химическими элементами аккумуляторов, натрий-ионные батареи имеют меньший риск теплового разгона, что может сделать их более безопасными в использовании.

с. Воздействие на окружающую среду. Ионно-натриевые батареи оказывают меньшее воздействие на окружающую среду, чем некоторые другие химические батареи, потому что натрий более распространен и менее токсичен, чем некоторые другие металлы..

г. Очень быстрая скорость зарядки, говорят, что при комнатной температуре всего 15 минут зарядки, мощность может достигать 80%.

е. Диапазон рабочих температур натриевых аккумуляторов также очень велик., и они могут иметь скорость удержания разряда более 90% в условиях низкой температуры окружающей среды -20 ℃.

Недостатки：

а. Низкая плотность энергии. Самый большой недостаток натриевых аккумуляторов — низкая плотность энергии., некоторые данные показывают, что плотность энергии мономера ионно-натриевой батареи составляет 100-150 Втч/кг., меньше, чем нижний предел 180wh/kg в китайских отраслевых стандартах требований, а это значит, что одинаковая дальность двух аккумуляторов, натриевые батареи больше и тяжелее литиевых.

Модель Теслы 3 в настоящее время используется тройная литиевая батарея с плотностью энергии 260 Втч / кг., Тесла третьего поколения. 4680 плотность энергии батареи может достигать 330 Втч/кг. плотность энергии натрий-ионной батареи даже меньше половины ее, плотность энергии, определить одинаковый вес, такой же объем, чей аккумулятор может работать дольше. Как улучшить плотность энергии натрий-ионных аккумуляторов, что является серьезной проблемой для многих компаний. Если проблема плотности энергии не может иметь прорывного прогресса, по крайней мере в будущем уже давно нет возможности полностью заменить литиевую батарею.

б. Больший размер и вес. Поскольку ионы натрия больше, чем ионы лития, это означает, что материалы, используемые в батареях, должны вмещать ионы натрия большего размера., и натрий-ионным батареям могут потребоваться электроды и электролиты большего размера., что может сделать их больше и тяжелее, чем литий-ионные батареи.

Для натрий-ионных аккумуляторов доступны три типа катодных материалов., слой оксида, материалы типа полианион и берлинская лазурь. Он может очень хорошо соответствовать электромобилям и крупным проектам по хранению энергии., В натриевой батарее Ningde Time первого поколения используются материалы, похожие на берлинскую лазурь., которые недорогие, просто синтезировать, очень дизайн, и имеют высокую теоретическую емкость грамма и производительность множителя, но имеют недостатки сложного удаления воды, низкий срок службы, плохая фактическая производительность множителя, низкая объемная плотность энергии, поляризация большого напряжения, и риск теплового разгона.

Самая фатальная проблема - процесс производства и обработки, при неправильном обращении очень легко образует кристаллическую воду, и эту проблему в настоящее время сложно решить. Говорят, что Ningde Times приостановила разработку натрий-ионных батарей с материалами, подобными берлинской лазури., и сейчас пытается выйти на массовое производство слоистых оксидов и полианионных материалов.. Кристаллическая структура оксида слоя аналогична материалу тройного катода., преимуществом которых является высокая плотность энергии, отличная производительность на велосипеде, хорошая производительность множителя, недостатки - плохая устойчивость в воздухе, суспензия легко превращается в желе, граммовая емкость играет нестабильно. Полианионные материалы, с другой стороны, известны своим высоким жизненным циклом, высокое теоретическое рабочее напряжение, и хорошая термическая стабильность, с недостатками низкой плотности энергии и высокой стоимости сырья.

с. Производительность и стабильность. Ионно-натриевые батареи все еще находятся на ранних стадиях разработки., и их производительность и стабильность могут быть не так хорошо изучены, как химический состав других батарей., такие как литий-ионные аккумуляторы. Истинная стоимость продолжения и то, каким будет реальный опыт, также неизвестны.. Что еще, хотя карбонат лития сейчас очень дорог, его рынок колеблется, и однажды мы увидим прорыв в натрий-ионных батареях, это обязательно приведет к значительному снижению цены, и натриевые батареи потеряют все преимущества.

В общем, натрий-ионные аккумуляторы – направление исследований и разработок, но необходимы дальнейшие исследования и разработки, чтобы улучшить их характеристики и устранить их ограничения.. Тройные литиевые батареи и литий-железо-фосфатные батареи наверняка останутся абсолютными основными батареями в течение длительного времени..

3.Натрий-ионные батареи против. ионно-литиевые батареи

Натрий-ионные батареи и литий-ионные батареи являются типами перезаряжаемых батарей., но у них есть некоторые ключевые различия в их химическом составе и производительности. Вот некоторые из основных различий между натрий-ионными батареями и литий-ионными батареями.:

а. Материалы: В натрий-ионных батареях в качестве носителей заряда используются ионы натрия., в то время как литий-ионные батареи используют ионы лития. Натрий более распространен и дешевле, чем литий., что потенциально может сделать натрий-ионные батареи более рентабельными..

б. Плотность энергии: Литий-ионные батареи обычно имеют более высокую плотность энергии, чем натрий-ионные., что означает, что они могут хранить больше энергии в заданном объеме или весе. Это делает литий-ионные аккумуляторы более подходящими для портативных устройств, где важны размер и вес..

с. Производительность: Литий-ионные аккумуляторы были тщательно исследованы и разработаны, и они, как правило, имеют лучшую производительность и стабильность, чем натрий-ионные батареи.. Натрий-ионные аккумуляторы все еще находятся на ранних стадиях разработки, и их производительность и стабильность еще недостаточно изучены.

г. Безопасность: Натрий-ионные батареи имеют меньший риск теплового разгона по сравнению с некоторыми литий-ионными батареями., что может сделать их более безопасными в использовании.

е. Воздействие на окружающую среду: Натрий-ионные батареи оказывают меньшее воздействие на окружающую среду, чем некоторые литий-ионные батареи, поскольку натрий более распространен и менее токсичен, чем литий..

ф. Цикл жизни. Текущий срок службы натрий-ионных аккумуляторов намного ниже, чем у литий-ионных аккумуляторов., что безусловно увеличит количество обслуживания и замены находящихся в эксплуатации натрий-ионных аккумуляторов. Натриевые батареи обычно находятся между 1000-3000 раз. В отличие, Срок службы литий-железо-фосфатных аккумуляторов составляет от 3000-10000 раз.

В общем, по сравнению с промышленностью более зрелые литиевые батареи, отрасль натриевых аккумуляторов далека от формирования крупносерийного массового производства, в настоящее время отраслевая цепочка не является узким местом, в результате текущие натрий-ионные батареи, чем цены на литий-железо-фосфат, также высоки.

Об этом рассказали инсайдеры отрасли: “Будь то хранение энергии или другие области, натрий-ионные аккумуляторы на данном этапе сложно полностью заменить литиевыми аккумуляторами, потому что области применения между ними дополняют друг друга, Текущее позиционирование натрий-ионных аккумуляторов на рынке является потенциальной альтернативой литий-ионным аккумуляторам., является дополнением к литиевым батареям, а не замену».

Компания Luoyang Tianhuan Energy Technology Co., ООО

Веб-сайт:www.lythbattery.com

Эл. почта:info@lythbattery.com