Очигледно је да је плафон за нови енергетски сектор виши него што се очекивало, а капитал и даље пристиже, очигледно у потрази за следећом „Савременом Амперекс технологијом“ или „BYD-ом“.
Преглед
Натријум-јонске батерије (познате и као „натријумове батерије“) су врста пуњиве батерије која ради тако што пребацује јоне натријума између катоде и аноде током пуњења и пражњења. Њихов принцип рада и структура су слични широко коришћеним литијум-јонским батеријама.
И натријум и литијум припадају истој групи елемената и показују слично електрохемијско понашање пуњења и пражњења по принципу „љуљајуће столице“. Током процеса пуњења натријум-јонске батерије, јони натријума се одвајају од катоде и уграђују у аноду док електрони путују кроз спољашње коло. Што је више јона натријума уграђено у аноду, већи је капацитет пуњења. Насупрот томе, током пражњења, јони натријума се враћају са аноде на катоду, повећавајући капацитет пражњења како се све више јона натријума враћа назад.
Принцип рада
Принцип рада натријум-јонских батерија сличан је принципу литијум-јонских батерија, који укључује убацивање и екстракцију натријумових јона ради преноса наелектрисања. Током пражњења, натријумови јони излазе из анодног материјала и улазе у катодни материјал, при чему електрони теку од аноде ка катоди, ослобађајући енергију.
Током пуњења, јони натријума се одвајају од материјала катоде и прелазе у материјал аноде кроз електролит, док електрони теку у материјал аноде кроз спољашње коло. Идеално би било да убацивање и екстракција јона током пуњења и пражњења не мења структуру материјала или изазива нежељене реакције са електролитом. Међутим, тренутна технологија се суочава са изазовима због већег радијуса јона натријума, што доводи до промена структуре материјала током убацивања јона, што резултира смањеним перформансама и стабилношћу циклуса.
Предности
Густина енергије:Натријум-јонске батеријске ћелије обично имају густину енергије од 100-150 Wh/kg, док се литијум-јонске батеријске ћелије генерално крећу од 120-200 Wh/kg, при чему тернарни системи са високим садржајем никла прелазе 200 Wh/kg. Иако натријум-јонске батерије тренутно имају нижу густину енергије у поређењу са тернарним литијумским батеријама, оне могу делимично да се преклапају или покривају распон густине енергије литијум-гвожђе-фосфатних батерија (120-200 Wh/kg) и оловно-киселинских батерија (30-50 Wh/kg).
Опсег радне температуре и безбедност:Натријум-јонске батерије раде у широком температурном опсегу, обично од -40°C до 80°C. Насупрот томе, тернарне литијум-јонске батерије обично раде између -20°C и 60°C, са падом перформанси испод 0°C. Натријум-јонске батерије могу да одрже преко 80% стања напуњености (SOC) на -20°C. Поред тога, због већег унутрашњег отпора, натријум-јонске батерије су мање склоне загревању током кратких спојева, нудећи већу безбедност у поређењу са литијум-јонским батеријама.
Оцените перформансе:Перформансе брзине пуњења и пражњења натријум-јонских батерија директно су повезане са способношћу миграције натријумових јона на граници електрода-електролит. Фактори који утичу на брзину миграције јона утичу на перформансе брзине пуњења и пражњења батерије. Поред тога, брзина унутрашњег одвођења топлоте је кључна за безбедност и век трајања током пуњења и пражњења великом брзином. Захваљујући својој кристалној структури, натријум-јонске батерије показују добре перформансе брзине пуњења, што их чини погодним за складиштење енергије и примене у великим напајањима.
Брзина пуњења:Натријум-јонске батерије могу се потпуно напунити за око 10 минута, док је тернарним литијумским батеријама потребно најмање 40 минута, а литијум-гвожђе-фосфатним батеријама око 45 минута.
Класификација индустрије
Натријум-јонске батерије долазе у различитим врстама, укључујући натријум-сумпорне батерије, натријум-со батерије, натријум-ваздушне батерије, водене натријум-јонске батерије, органске натријум-јонске батерије и чврсте натријум-јонске батерије.
У сектору складиштења енергије, примарне комерцијално примењене натријумове батерије укључују високотемпературне натријум-сумпорне батерије и натријум-метал хлоридне батерије засноване на чврстим електролитним системима. Ови системи користе метални натријум као активни анодни материјал, тачније назване натријумове батерије. Типично, термин натријум-јонска батерија се односи на последња три типа.
Натријум-сумпорне батерије:Оне користе растопљени течни натријум као аноду и елементарни сумпор као катоду, са чврстим керамичким Al₂O₃ као електролитом и сепаратором. Натријум-сумпорне батерије имају високу специфичну енергију.
Натријум-сољне батерије:Оне користе течни натријум као аноду и металне хлоридне материјале као катоду, са Na+ проводником Al₂O₃ керамиком као електролитом.
Натријум-ваздушне батерије:Катода обично користи порозне материјале, који обезбеђују путеве за дифузију гаса и места за реакције електрода због порозности материјала.
Органске натријум-јонске батерије:Ови користе тврде угљеничне или натријум-интеркалиране материјале за аноду, док катодни материјали укључују оксиде прелазних метала и полианјонска једињења.
Водене натријум-јонске батерије:У поређењу са батеријама са органским електролитом, водене натријум-јонске батерије користе другачије електролите, нудећи веће безбедносне перформансе.
