Akivaizdu, kad naujojo energetikos sektoriaus lubos yra didesnės nei tikėtasi, o kapitalas vis dar plaukia, regis, ieškant kitos „šiuolaikinės „Amperex“ technologijos“ arba „BYD“.
Apžvalga
Natrio jonų baterijos (vadinamos „natrio baterijomis“) yra įkraunamų baterijų tipas, kuris veikia perkeliant natrio jonus tarp katodo ir anodo įkrovimo ir iškrovimo metu. Jų veikimo principas ir struktūra yra panašūs į plačiai naudojamų ličio jonų baterijų.
Ir natris, ir ličio priklauso tai pačiai elementų grupei ir pasižymi panašiomis „supamosios kėdės“ elektrocheminio įkrovimo ir iškrovimo savybėmis. Natrio jonų akumuliatoriaus įkrovimo metu natrio jonai atsiskiria nuo katodo ir įsitvirtina anode, o elektronai keliauja išorine grandine. Kuo daugiau natrio jonų yra anode, tuo didesnė įkrovimo talpa. Ir atvirkščiai, iškrovimo metu natrio jonai grįžta iš anodo į katodą, todėl iškrovimo talpa didėja, kai daugiau natrio jonų juda atgal.
Veikimo principas
Natrio jonų akumuliatorių veikimo principas yra panašus į ličio jonų akumuliatorių – natrio jonai įdedami ir ištraukiami, kad būtų pernešamas krūvis. Iškrovimo metu natrio jonai išeina iš anodo medžiagos ir patenka į katodo medžiagą, o elektronai teka iš anodo į katodą, išskirdami energiją.
Įkrovimo metu natrio jonai atsiskiria nuo katodo medžiagos ir per elektrolitą patenka į anodo medžiagą, o elektronai per išorinę grandinę teka į anodo medžiagą. Idealiu atveju jonų įterpimas ir ištraukimas įkrovimo ir iškrovimo metu neturėtų pakeisti medžiagos struktūros ar sukelti šalutinių reakcijų su elektrolitu. Tačiau dabartinės technologijos susiduria su iššūkiais dėl didesnio natrio jonų spindulio, dėl kurio jonų įterpimo metu pasikeičia medžiagos struktūra, todėl sumažėja ciklo našumas ir stabilumas.
Privalumai
Energijos tankis:Natrio jonų akumuliatorių elementų energijos tankis paprastai yra 100–150 Wh/kg, o ličio jonų akumuliatorių elementų – 120–200 Wh/kg, o didelio nikelio kiekio trinarių sistemų – viršija 200 Wh/kg. Nors natrio jonų akumuliatorių energijos tankis šiuo metu yra mažesnis, palyginti su trinarėmis ličio baterijomis, jie gali iš dalies sutapti arba apimti ličio geležies fosfato akumuliatorių (120–200 Wh/kg) ir švino rūgšties akumuliatorių (30–50 Wh/kg) energijos tankio diapazoną.
Darbinės temperatūros diapazonas ir sauga:Natrio jonų akumuliatoriai veikia plačiame temperatūrų diapazone, paprastai nuo -40 °C iki 80 °C. Tuo tarpu trinariai ličio jonų akumuliatoriai paprastai veikia nuo -20 °C iki 60 °C temperatūroje, o jų veikimas sumažėja žemiau 0 °C. Natrio jonų akumuliatoriai gali išlaikyti daugiau nei 80 % įkrovos būseną esant -20 °C temperatūrai. Be to, dėl didesnės vidinės varžos natrio jonų akumuliatoriai yra mažiau linkę įkaisti trumpojo jungimo metu, todėl yra saugesni, palyginti su ličio jonų akumuliatoriais.
Įvertinkite našumą:Natrio jonų akumuliatorių įkrovimo ir iškrovimo greitis yra tiesiogiai susijęs su natrio jonų migracijos gebėjimu elektrodo ir elektrolito sąsajoje. Jonų migracijos greitį įtakojantys veiksniai turi įtakos akumuliatoriaus įkrovimo ir iškrovimo greičiui. Be to, vidinis šilumos išsklaidymo greitis yra labai svarbus saugumui ir ilgaamžiškumui didelio įkrovimo ir iškrovimo metu. Dėl savo kristalinės struktūros natrio jonų akumuliatoriai pasižymi geru įkrovimo ir iškrovimo greičiu, todėl jie tinka energijos kaupimui ir didelio masto maitinimo šaltiniams.
Įkrovimo greitis:Natrio jonų baterijas galima visiškai įkrauti maždaug per 10 minučių, tuo tarpu trinarėms ličio baterijoms reikia mažiausiai 40 minučių, o ličio geležies fosfato baterijoms - apie 45 minutes.
Pramonės klasifikacija
Natrio jonų baterijos būna įvairių tipų, įskaitant natrio-sieros baterijas, natrio-druskos baterijas, natrio-oro baterijas, vandeninio tirpalo natrio jonų baterijas, organinio tirpalo natrio jonų baterijas ir kietojo kūno natrio jonų baterijas.
Energijos kaupimo sektoriuje pagrindinės komerciškai naudojamos natrio baterijos yra aukštos temperatūros natrio-sieros baterijos ir natrio-metalo chlorido baterijos, pagrįstos kietojo elektrolito sistemomis. Šiose sistemose kaip aktyvioji anodo medžiaga naudojamas metalinis natris, tiksliau tariant, natrio baterijos. Paprastai terminas „natrio jonų baterija“ reiškia pastaruosius tris tipus.
Natrio-sieros baterijos:Šios baterijos naudoja išlydytą skystą natrį kaip anodą ir elementinę sierą kaip katodą, o kietą keraminį Al₂O₃ kaip elektrolitą ir separatorių. Natrio ir sieros baterijos pasižymi didele specifine energija.
Natrio-druskos baterijos:Juose kaip anodas naudojamas skystas natris, o kaip katodas – metalo chlorido medžiagos, o kaip elektrolitas – Na+ laidininkas Al2O3 keramika.
Natrio-oro baterijos:Katodas paprastai naudoja porėtas medžiagas, kurios dėl medžiagos poringumo suteikia dujų difuzijos kelius ir vietas elektrodų reakcijoms.
Organinės natrio jonų baterijos:Šiuose anode naudojamos kietos anglies arba natrio interkaliuotos medžiagos, o katodo medžiagos apima pereinamųjų metalų oksidus ir polianioninius junginius.
Vandeniniai natrio jonų akumuliatoriai:Palyginti su organinių elektrolitų baterijomis, vandeninėse natrio jonų baterijose naudojami kitokie elektrolitai, todėl užtikrinamas didesnis saugumas.
