Очевидно, що стеля для нового енергетичного сектору вища, ніж очікувалося, оскільки капітал продовжує надходити, очевидно, у пошуках наступної «Сучасної технології Amperex» або «BYD».
Огляд
Натрій-іонні акумулятори (які ще називають «натрієвими батареями») – це тип акумуляторних батарей, які працюють шляхом переміщення іонів натрію між катодом і анодом під час заряджання та розряджання. Їхній принцип роботи та структура схожі на широко використовувані літій-іонні акумулятори.
Як натрій, так і літій належать до однієї групи елементів і демонструють подібну електрохімічну поведінку заряджання та розряджання, подібну до «гойдалки». Під час процесу заряджання натрій-іонного акумулятора іони натрію відриваються від катода та вбудовуються в анод, поки електрони рухаються через зовнішнє коло. Чим більше іонів натрію вбудовується в анод, тим вища зарядна ємність. І навпаки, під час розряджання іони натрію повертаються від анода до катода, збільшуючи розрядну ємність, оскільки більше іонів натрію рухається назад.
Принцип роботи
Принцип роботи натрій-іонних акумуляторів схожий на принцип роботи літій-іонних акумуляторів, що передбачає введення та вилучення іонів натрію для досягнення переносу заряду. Під час розряду іони натрію виходять з матеріалу анода та потрапляють у матеріал катода, при цьому електрони переміщуються від анода до катода, вивільняючи енергію.
Під час заряджання іони натрію відриваються від матеріалу катода та переміщуються в матеріал анода через електроліт, тоді як електрони надходять у матеріал анода через зовнішнє коло. В ідеалі, введення та вилучення іонів під час заряджання та розряджання не повинно змінювати структуру матеріалу або викликати побічні реакції з електролітом. Однак сучасні технології стикаються з труднощами через більший радіус іонів натрію, що призводить до змін структури матеріалу під час введення іонів, що призводить до зниження продуктивності та стабільності циклу.
Переваги
Щільність енергії:Натрій-іонні акумуляторні елементи зазвичай мають щільність енергії 100-150 Вт·год/кг, тоді як літій-іонні акумуляторні елементи зазвичай коливаються в межах 120-200 Вт·год/кг, а потрійні системи з високим вмістом нікелю перевищують 200 Вт·год/кг. Хоча натрій-іонні акумулятори наразі мають нижчу щільність енергії порівняно з потрійними літієвими акумуляторами, вони можуть частково перекривати або покривати діапазон щільності енергії літій-залізо-фосфатних акумуляторів (120-200 Вт·год/кг) та свинцево-кислотних акумуляторів (30-50 Вт·год/кг).
Діапазон робочих температур та безпека:Натрій-іонні акумулятори працюють у широкому діапазоні температур, зазвичай від -40°C до 80°C. Натомість, потрійні літій-іонні акумулятори зазвичай працюють від -20°C до 60°C, при цьому їхня продуктивність знижується нижче 0°C. Натрій-іонні акумулятори можуть підтримувати понад 80% стану заряду (SOC) при -20°C. Крім того, завдяки вищому внутрішньому опору, натрій-іонні акумулятори менш схильні до нагрівання під час коротких замикань, що забезпечує більшу безпеку порівняно з літій-іонними акумуляторами.
Оцінити продуктивність:Швидкість заряджання та розряджання натрій-іонних акумуляторів безпосередньо пов'язана зі здатністю міграції іонів натрію на межі електрод-електроліт. Фактори, що впливають на швидкість міграції іонів, впливають на швидкість заряджання та розряджання акумулятора. Крім того, швидкість внутрішнього розсіювання тепла має вирішальне значення для безпеки та терміну служби під час високошвидкісного заряджання та розряджання. Завдяки своїй кристалічній структурі натрій-іонні акумулятори демонструють хорошу швидкість заряджання та розряджання, що робить їх придатними для накопичення енергії та великомасштабних застосувань у сфері електроживлення.
Швидкість заряджання:Натрій-іонні акумулятори можна повністю зарядити приблизно за 10 хвилин, тоді як потрійні літієві акумулятори потребують щонайменше 40 хвилин, а літій-залізофосфатні акумулятори – близько 45 хвилин.
Класифікація галузі
Натрій-іонні акумулятори бувають різних типів, включаючи натрій-сірчані акумулятори, натрій-сольові акумулятори, натрій-повітряні акумулятори, водні натрій-іонні акумулятори, органічні натрій-іонні акумулятори та твердотільні натрій-іонні акумулятори.
У секторі накопичення енергії основними комерційно застосовуваними натрієвими акумуляторами є високотемпературні натрій-сірчані акумулятори та натрій-металево-хлоридні акумулятори на основі твердих електролітних систем. Ці системи використовують металевий натрій як активний анодний матеріал, точніше їх називають натрієвими акумуляторами. Зазвичай термін «натрій-іонний акумулятор» стосується трьох останніх типів.
Натрій-сірчані акумулятори:У них використовується розплавлений рідкий натрій як анод, елементарна сірка як катод, а твердий керамічний Al₂O₃ — як електроліт і сепаратор. Натрій-сірчані батареї мають високу питому енергію.
Натрієво-сольові акумулятори:У них використовується рідкий натрій як анод, хлорид металу як катод та кераміка Al₂O₃ з провідником Na+ як електроліт.
Натрієво-повітряні акумулятори:Катод зазвичай виготовлений з пористих матеріалів, які завдяки пористості матеріалу забезпечують шляхи для дифузії газу та місця для електродних реакцій.
Органічні натрій-іонні акумулятори:Для анода в них використовуються тверді вуглецеві або інтеркальовані натрієм матеріали, а для катода – оксиди перехідних металів та поліаніонні сполуки.
Водні натрій-іонні акумулятори:Порівняно з акумуляторами на органічному електроліті, водні натрій-іонні акумулятори використовують інші електроліти, що забезпечує вищі показники безпеки.
