רקע כללי

סוללות ליתיום-יון נמצאות בשימוש נרחב כסוללות נטענות מאז שנות ה-90 בשל הקיבולת ההפיכה הגבוהה שלהן ויציבות המחזוריות שלהן.עם העלייה המשמעותית במחיר הליתיום והביקוש הגובר לליתיום ורכיבים בסיסיים אחרים של סוללות ליתיום-יון, המחסור הגובר של חומרי גלם במעלה הזרם לסוללות ליתיום מאלץ אותנו לחקור מערכות אלקטרוכימיות חדשות וזולות יותר המבוססות על יסודות קיימים בשפע. .סוללות נתרן-יון בעלות נמוכה יותר הן האפשרות הטובה ביותר.סוללת נתרן-יון כמעט התגלתה יחד עם סוללת ליתיום-יון, אבל בגלל רדיוס היונים הגדול והקיבולת הנמוכה שלה, אנשים נוטים יותר לחקור חשמל ליתיום, והמחקר על סוללת נתרן-יון כמעט נתקע.עם הצמיחה המהירה של כלי רכב חשמליים ותעשיית אחסון אנרגיה בשנים האחרונות, סוללת הנתרן-יון, שהוצעה במקביל לסוללת הליתיום-יון, משכה שוב אנשים'תשומת הלב של.

ליתיום, נתרן ואשלגן הם כולן מתכות אלקליות בטבלה המחזורית של היסודות.יש להם תכונות פיזיקליות וכימיות דומות וניתן להשתמש בהם כחומרי סוללה משניים בתיאוריה.משאבי הנתרן עשירים מאוד, מופצים באופן נרחב בקרום כדור הארץ ופשוטים להפקה.כתחליף לליתיום, נתרן קיבל יותר ויותר תשומת לב בתחום הסוללה.הבטריהיַצרָןsלִטרוֹףלהשיק את המסלול הטכנולוגי של סוללת נתרן-יון.דעות מנחות על האצת פיתוח אגירת אנרגיה חדשה, תכנית חדשנות מדעית וטכנולוגית בתחום האנרגיה במהלך תקופת תכנית החומש ה-14, ותכנית יישום לפיתוח אגירת אנרגיה חדשה במהלך תקופת תכנית החומש ה-14שהונפקו על ידי הוועדה הלאומית לפיתוח ורפורמה ומינהל האנרגיה הלאומי הזכירו לפתח דור חדש של טכנולוגיות אחסון אנרגיה בעלות ביצועים גבוהים כגון סוללות נתרן-יון.משרד התעשייה וטכנולוגיית המידע (MIIT) קידם גם סוללות חדשות, כמו סוללות נתרן-יון, כנטל לפיתוח תעשיית האנרגיה החדשה.סטנדרטים תעשייתיים עבור סוללות נתרן-יון נמצאים גם הם בעבודה.צפוי שככל שהתעשייה מגדילה את ההשקעות, הטכנולוגיה מתבגרת והשרשרת התעשייתית משתפרת בהדרגה, סוללת הנתרן-יון בעלת הביצועים בעלות גבוהה צפויה לכבוש חלק משוק סוללות הליתיום-יון.

סוללת נתרן-יון לעומת סוללת ליתיום-יון

• לאלקטרודת פחמן שלילית של סוללת נתרן-יון יש עלות נמוכה יותר וחלל שינוי גדול יותר מזה של גרפיט.
• ניתן להשתמש בנייר אלומיניום כקולט זרם עבור האלקטרודה החיובית והשלילית של סוללות נתרן-יון.לסוללות ליתיום-יון יש פוטנציאל שלילי נמוך ועליהן להשתמש בנייר נחושת שאינו מושחת.לסוללות נתרן-יון, לעומת זאת, יש פוטנציאל שלילי גבוה, ולכן הן אינן מתגשמות עם נתרן.רדיד אלומיניום נמוך יותר במשקל ובעלות מרדיד נחושת.
• באלקטרוליט, המסיסות של Na⁺ נמוך בכ-30% מזה של Li⁺.קצב הפירוק גבוה, והתנגדות העברת המטען באלקטרודה-אלקטרוליט קטנה, מה שמספק דינמיקה טובה יותר של אלקטרודה.לכן, קצב הפריקה של מטען נתרן-יון גבוה בטמפרטורה גבוהה ובטמפרטורה נמוכה, וביצועי הטמפרטורה הנמוכים מצוינים, וניתן לטעון אותו במהירות.
• לסוללות נתרן-יון יש מבחר רחב יותר של חומרי אלקטרודה חיוביים.ניתן להשתמש כמעט בכל יסודות מתכת המעבר בשורה הראשונה של הטבלה המחזורית בסוללות נתרן-יון.זה נובע מהפרש הגודל הגדול בין Na⁺ (רדיוס 0.102nm) ויוני מתכת מעבר (רדיוס 0.05-0.07nm), מה שמסייע להפרדה שלהם.
• ההתנגדות הפנימית של סוללת נתרן-יון גבוהה מזו של סוללת ליתיום-יון.במקרה של קצר חשמלי, החום המיידי קטן יותר, עליית הטמפרטורה איטית יותר וטמפרטורת הבריחה התרמית גבוהה מזו של סוללת ליתיום, לכן סוללת נתרן-יון בטוחה יותר.
• הרדיוס הגדול של נתרן-יון עלול להוביל לקרע בחומר כאשר הוא מוסר מחומר האלקטרודה, ובכך להשפיע על הביצועים הקינטיים הכוללים של הסוללה ועל שלמות האלקטרודה.
• לנתרן יש פוטנציאל אלקטרודה סטנדרטי גבוה בהרבה (גבוהה ב-0.33V מהליתיום), וכתוצאה מכך צפיפות אנרגיה נמוכה יותר ומקשה על התחרות עם סוללות ליתיום-יון בתחום החשמל.

התקדמות המחקר האחרונה

בשנים האחרונות, המחקר על סוללות נתרן-יון כולל חומר קתודה מתקדם ללא קובלט לסוללות נתרן-יון, סולפט פוליאוניוני בעלות נמוכה עבור האלקטרודה החיובית של סוללות נתרן-יון, תרכובות ננו-pb המשמשות באלקטרודה החיובית של נתרן. סוללות יון, מחקר בסיסי על חומרי אנודה אורגניים עבור סוללות נתרן-יון ליישומים מסחריים פוטנציאליים, תחמוצות מתכת וסולפידים על בסיס פח המשמשים כחומרי אנודה עבור סוללות נתרן-יון, ננו-הנדסה של חומרי פחמן מתקדמים בסוללות נתרן-יון, ויישום של אפיון מתקדם באתרו בחקר סוללות נתרן-יון.באופן כללי, זה עדיין מוקד מחקר להשגת חומרי אלקטרודה חיוביים ושליליים בעלי ביצועים גבוהים מהיבטים של אופטימיזציה של אמצעי שינוי, שיפור שיטות הכנה וחקירת מנגנון אחסון נתרן כדי לשפר את התחרותיות הכוללת של סוללות נתרן-יון.