Жаңа энергетика саласының шекті шегі күтілгеннен жоғары екені анық, ал капитал әлі де келесі «заманауи Amperex технологиясын» немесе «BYD» іздеп жатқан сияқты.
Шолу
Натрий-ионды батареялар («натрий батареялары» деп аталады) – зарядтау және разрядтау кезінде катод пен анод арасында натрий иондарын тасымалдау арқылы жұмыс істейтін қайта зарядталатын батарея түрі. Олардың жұмыс принципі мен құрылымы кеңінен қолданылатын литий-ионды батареяларға ұқсас.
Натрий де, литий де бірдей элементтер тобына жатады және ұқсас «тербелмелі орындық» электрохимиялық зарядтау және разрядтау мінез-құлықтарын көрсетеді. Натрий-ионды батареяны зарядтау процесінде натрий иондары катодтан бөлініп, анодқа енеді, ал электрондар сыртқы тізбек арқылы өтеді. Анодқа неғұрлым көп натрий иондары енсе, зарядтау сыйымдылығы соғұрлым жоғары болады. Керісінше, разряд кезінде натрий иондары анодтан катодқа оралады, бұл натрий иондарының кері қозғалысы кезінде разрядтау сыйымдылығын арттырады.
Жұмыс принципі
Натрий-ионды батареялардың жұмыс принципі литий-ионды батареяларға ұқсас, ол зарядтың берілуіне қол жеткізу үшін натрий иондарын енгізу және экстракциялауды қамтиды. Разряд кезінде натрий иондары анод материалынан шығып, катод материалына енеді, ал электрондар анодтан катодқа ағып, энергия бөледі.
Зарядтау кезінде натрий иондары катод материалынан бөлініп, электролит арқылы анод материалына өтеді, ал электрондар сыртқы тізбек арқылы анод материалына ағады. Идеал жағдайда, зарядтау және разрядтау кезінде иондарды енгізу және шығару материалдың құрылымын өзгертпеуі немесе электролитпен жанама реакциялар тудырмауы керек. Дегенмен, қазіргі технология натрий иондарының үлкен радиусына байланысты қиындықтарға тап болады, бұл иондарды енгізу кезінде материал құрылымының өзгеруіне әкеледі, бұл цикл өнімділігі мен тұрақтылығының төмендеуіне әкеледі.
Артықшылықтары
Энергия тығыздығы:Натрий-ионды батарея элементтерінің энергия тығыздығы әдетте 100-150 Вт/кг құрайды, ал литий-ионды батарея элементтерінің энергия тығыздығы әдетте 120-200 Вт/кг аралығында болады, ал жоғары никельді үштік жүйелер 200 Вт/кг-нан асады. Қазіргі уақытта натрий-ионды батареялардың энергия тығыздығы үштік литий батареяларымен салыстырғанда төмен болғанымен, олар литий-темір фосфат батареяларының (120-200 Вт/кг) және қорғасын-қышқылды батареялардың (30-50 Вт/кг) энергия тығыздығы диапазонын ішінара қабаттастыра алады немесе жаба алады.
Жұмыс температурасының диапазоны және қауіпсіздігі:Натрий-ионды батареялар кең температура диапазонында, әдетте -40°C-тан 80°C-қа дейін жұмыс істейді. Керісінше, үштік литий-ионды батареялар әдетте -20°C және 60°C аралығында жұмыс істейді, өнімділігі 0°C-тан төмен төмендейді. Натрий-ионды батареялар -20°C температурада 80%-дан астам заряд күйін (SOC) сақтай алады. Сонымен қатар, ішкі кедергінің жоғары болуына байланысты натрий-ионды батареялар қысқа тұйықталу кезінде қызуға аз бейім, бұл литий-ионды батареялармен салыстырғанда қауіпсіздікті жоғарылатады.
Бағалау өнімділігі:Натрий-ионды батареялардың зарядтау және разрядтау жылдамдығының өнімділігі электрод-электролит интерфейсіндегі натрий иондарының миграция қабілетімен тікелей байланысты. Иондардың миграция жылдамдығына әсер ететін факторлар батареяның жылдамдық өнімділігіне әсер етеді. Сонымен қатар, ішкі жылудың таралу жылдамдығы жоғары жылдамдықпен зарядтау және разрядтау кезінде қауіпсіздік пен қызмет ету мерзімі үшін өте маңызды. Кристалдық құрылымының арқасында натрий-ионды батареялар жақсы жылдамдық өнімділігін көрсетеді, бұл оларды энергияны сақтау және кең көлемді қуатпен жабдықтау қолданбаларына жарамды етеді.
Зарядтау жылдамдығы:Натрий-ионды батареяларды шамамен 10 минут ішінде толық зарядтауға болады, ал үштік литий батареялары кем дегенде 40 минут, ал литий-темірфосфат батареялары шамамен 45 минут ішінде зарядталады.
Салалық жіктеу
Натрий-ионды батареялар әртүрлі типтерде болады, соның ішінде натрий-күкірт батареялары, натрий-тұзды батареялар, натрий-ауа батареялары, сулы натрий-ионды батареялар, органикалық натрий-ионды батареялар және қатты күйдегі натрий-ионды батареялар.
Энергия сақтау секторында коммерциялық мақсатта қолданылатын негізгі натрий батареяларына жоғары температуралы натрий-күкірт батареялары және қатты электролит жүйелеріне негізделген натрий-металл хлориді батареялары жатады. Бұл жүйелер белсенді анод материалы ретінде металл натрийді пайдаланады, дәлірек айтқанда натрий батареялары. Әдетте, натрий-ионды батарея термині соңғы үш түрді білдіреді.
Натрий-күкірт батареялары:Бұл батареяларда анод ретінде балқытылған сұйық натрий және катод ретінде элементар күкірт, ал электролит және бөлгіш ретінде қатты керамикалық Al2O3 қолданылады. Натрий-күкірт батареялары жоғары меншікті энергияға ие.
Натрий-тұзды батареялар:Олар анод ретінде сұйық натрийді, ал катод ретінде металл хлоридін пайдаланады, ал электролит ретінде Na+ өткізгіші Al2O3 керамикасын пайдаланады.
Натрий-ауа батареялары:Катод әдетте кеуекті материалдарды пайдаланады, олар материалдың кеуектілігіне байланысты газ диффузиясының жолдарын және электродтық реакциялар үшін орындарды қамтамасыз етеді.
Органикалық натрий-ионды батареялар:Олар анод үшін қатты көміртекті немесе натриймен араласқан материалдарды пайдаланады, ал катод материалдарына өтпелі металл оксидтері мен полианионды қосылыстар кіреді.
Сулы натрий-ионды батареялар:Органикалық электролиттік батареялармен салыстырғанда, сулы натрий-иондық батареялар әртүрлі электролиттерді пайдаланады, бұл жоғары қауіпсіздік көрсеткіштерін ұсынады.
