آیا ذخیره انرژی سدیم-یون فرصت بزرگ بعدی است؟

واضح است که سقف بخش انرژی‌های نو بالاتر از حد انتظار است و سرمایه همچنان در حال سرازیر شدن است، ظاهراً در جستجوی «فناوری آمپرکس معاصر» یا «BYD» بعدی.

نمای کلی
باتری‌های سدیم-یون (که به آنها "باتری‌های سدیمی" نیز گفته می‌شود) نوعی باتری قابل شارژ هستند که با جابجایی یون‌های سدیم بین کاتد و آند در حین شارژ و دشارژ کار می‌کنند. اصول کار و ساختار آنها مشابه باتری‌های لیتیوم-یونی رایج است.

سدیم و لیتیوم هر دو به یک گروه از عناصر تعلق دارند و رفتارهای شارژ و دشارژ الکتروشیمیایی مشابه "صندلی گهواره‌ای" را نشان می‌دهند. در طول فرآیند شارژ باتری یون سدیم، یون‌های سدیم از کاتد جدا شده و در آند قرار می‌گیرند در حالی که الکترون‌ها از طریق مدار خارجی حرکت می‌کنند. هرچه یون‌های سدیم بیشتری در آند قرار گیرند، ظرفیت شارژ بیشتر می‌شود. برعکس، در طول دشارژ، یون‌های سدیم از آند به کاتد برمی‌گردند و با بازگشت یون‌های سدیم بیشتر، ظرفیت دشارژ افزایش می‌یابد.

اصل کار
اصول کار باتری‌های سدیم-یون مشابه باتری‌های لیتیوم-یون است که شامل وارد کردن و خارج کردن یون‌های سدیم برای انتقال بار است. در طول دشارژ، یون‌های سدیم از ماده آند خارج شده و وارد ماده کاتد می‌شوند و الکترون‌ها از آند به کاتد جریان می‌یابند و انرژی آزاد می‌کنند.

در طول شارژ، یون‌های سدیم از ماده کاتد جدا شده و از طریق الکترولیت به ماده آند منتقل می‌شوند، در حالی که الکترون‌ها از طریق مدار خارجی به ماده آند جریان می‌یابند. در حالت ایده‌آل، ورود و خروج یون‌ها در طول شارژ و دشارژ نباید ساختار ماده را تغییر دهد یا باعث واکنش‌های جانبی با الکترولیت شود. با این حال، فناوری فعلی به دلیل شعاع بزرگتر یون‌های سدیم با چالش‌هایی روبرو است که منجر به تغییرات ساختار ماده در طول ورود یون می‌شود و در نتیجه عملکرد و پایداری چرخه کاهش می‌یابد.

مزایا
چگالی انرژی:سلول‌های باتری سدیم-یون معمولاً چگالی انرژی ۱۰۰ تا ۱۵۰ وات ساعت بر کیلوگرم دارند، در حالی که سلول‌های باتری لیتیوم-یون عموماً بین ۱۲۰ تا ۲۰۰ وات ساعت بر کیلوگرم هستند و سیستم‌های سه‌تایی با نیکل بالا از ۲۰۰ وات ساعت بر کیلوگرم فراتر می‌روند. اگرچه باتری‌های سدیم-یون در حال حاضر چگالی انرژی کمتری در مقایسه با باتری‌های لیتیوم سه‌تایی دارند، اما می‌توانند تا حدی با محدوده چگالی انرژی باتری‌های لیتیوم-آهن فسفات (۱۲۰ تا ۲۰۰ وات ساعت بر کیلوگرم) و باتری‌های سرب-اسید (۳۰ تا ۵۰ وات ساعت بر کیلوگرم) همپوشانی داشته باشند یا آن را پوشش دهند.

محدوده دمای عملیاتی و ایمنی:باتری‌های سدیم-یون در محدوده دمایی وسیعی، معمولاً از -40 درجه سانتیگراد تا 80 درجه سانتیگراد، کار می‌کنند. در مقابل، باتری‌های لیتیوم-یون سه‌تایی معمولاً بین -20 درجه سانتیگراد تا 60 درجه سانتیگراد کار می‌کنند و عملکرد آنها در زیر 0 درجه سانتیگراد کاهش می‌یابد. باتری‌های سدیم-یون می‌توانند بیش از 80٪ حالت شارژ (SOC) را در دمای -20 درجه سانتیگراد حفظ کنند. علاوه بر این، به دلیل مقاومت داخلی بالاتر، باتری‌های سدیم-یون در طول اتصال کوتاه کمتر مستعد گرم شدن هستند و در مقایسه با باتری‌های لیتیوم-یون ایمنی بیشتری ارائه می‌دهند.

عملکرد نرخ:عملکرد سرعت شارژ و دشارژ باتری‌های سدیم-یون مستقیماً به توانایی مهاجرت یون‌های سدیم در سطح مشترک الکترود-الکترولیت مربوط می‌شود. عواملی که بر سرعت مهاجرت یون‌ها تأثیر می‌گذارند، بر عملکرد سرعت باتری تأثیر می‌گذارند. علاوه بر این، سرعت اتلاف حرارت داخلی برای ایمنی و طول عمر در طول شارژ و دشارژ با سرعت بالا بسیار مهم است. باتری‌های سدیم-یون به لطف ساختار کریستالی خود، عملکرد سرعت خوبی را نشان می‌دهند که آنها را برای ذخیره‌سازی انرژی و کاربردهای منبع تغذیه در مقیاس بزرگ مناسب می‌کند.

سرعت شارژ:باتری‌های سدیم-یون را می‌توان در حدود ۱۰ دقیقه به طور کامل شارژ کرد، در حالی که باتری‌های لیتیوم-یون سه‌تایی حداقل به ۴۰ دقیقه و باتری‌های فسفات آهن لیتیوم حدود ۴۵ دقیقه زمان نیاز دارند.

طبقه بندی صنعت
باتری‌های سدیم-یون انواع مختلفی دارند، از جمله باتری‌های سدیم-گوگرد، باتری‌های سدیم-نمک، باتری‌های سدیم-هوا، باتری‌های سدیم-یون آبی، باتری‌های سدیم-یون آلی و باتری‌های سدیم-یون حالت جامد.