Una batteria agli ioni di sodio è una batteria ricaricabile costituita da un elettrodo positivo, un elettrodo negativo, un elettrolita, un fluido collettore e un diaframma. Utilizza ioni di sodio (Na+) come portatore di carica al posto dei tradizionali ioni di litio (Li+) e funziona principalmente spostando gli ioni di sodio tra gli elettrodi positivi e negativi. Funziona in modo molto simile alle batterie agli ioni di litio, anche la struttura interna della batteria è sostanzialmente la stessa, hanno due elettrodi (uno positivo e uno negativo) separati da un elettrolita. Durante la ricarica, gli ioni di sodio si spostano dall'elettrodo positivo attraverso l'elettrolita all'elettrodo negativo e vengono immagazzinati lì. Durante il processo di scarico, gli ioni sodio tornano all'elettrodo positivo e generano corrente. In altre parole, lo ione sodio è sostituito dallo ione litio. Le batterie agli ioni di sodio sono attraenti perché utilizzano risorse di sodio abbondanti e poco costose, mentre il litio è un metallo relativamente raro e costoso.
Una delle sfide delle batterie agli ioni di sodio è che gli ioni di sodio sono più grandi degli ioni di litio, il che significa che i materiali utilizzati nelle batterie devono essere in grado di accogliere le dimensioni maggiori degli ioni di sodio. Ciò richiede la ricerca di elettrodi ed elettroliti adatti. La ricerca per sviluppare nuovi materiali e ottimizzare le prestazioni delle batterie agli ioni di sodio è in corso.
1.Come funzionano le batterie agli ioni di sodio?
Le batterie agli ioni di sodio funzionano sfruttando il movimento degli ioni di sodio tra due elettrodi, un elettrodo positivo (catodo) e un elettrodo negativo (anodo), attraverso un elettrolita.
Durante la ricarica, la batteria è collegata a una fonte di alimentazione, e il movimento degli elettroni nel circuito esterno fa migrare gli ioni sodio dal catodo all'anodo. Allo stesso tempo, gli elettroni vengono trasferiti dal catodo all'anodo attraverso il circuito esterno. Il materiale dell'anodo è solitamente costituito da un materiale che può intercalare (cioè., inserire e rimuovere) ioni di sodio, come la grafite, mentre il materiale del catodo è solitamente un ossido di metallo, come l'ossido di cobalto di sodio (NaCoO2).
Durante lo scarico, la batteria è scollegata dalla fonte di alimentazione, e gli ioni sodio ritornano al catodo attraverso l'elettrolita, creando un flusso di elettroni nel circuito esterno. La quantità di energia che può essere immagazzinata e rilasciata dipende dai materiali utilizzati nella batteria, la dimensione e la superficie degli elettrodi, e altri fattori.
2.Vantaggi e svantaggi della batteria agli ioni di sodio
Le batterie agli ioni di sodio presentano numerosi vantaggi e svantaggi rispetto ad altri tipi di batterie ricaricabili, come le batterie agli ioni di litio. Ecco alcuni dei principali vantaggi e svantaggi delle batterie agli ioni di sodio:
Vantaggi:
UN. Abbondante ed economico. Il sodio è più abbondante ed economico del litio, che ha il potenziale per rendere le batterie agli ioni di sodio più convenienti.
B. A basso rischio. Rispetto ad altri prodotti chimici della batteria, le batterie agli ioni di sodio hanno un minor rischio di fuga termica, che possono renderli più sicuri da usare.
C.Impatto ambientale. Le batterie agli ioni di sodio hanno un minore impatto ambientale rispetto ad altre batterie chimiche perché il sodio è più abbondante e meno tossico di alcuni altri metalli.
D.Velocità di ricarica molto veloce, si dice che a temperatura ambiente appena 15 minuti di ricarica, il potere può raggiungere 80%.
e.Anche l'intervallo di temperatura di lavoro delle batterie al sodio è molto ampio, e possono avere un tasso di ritenzione della dimissione superiore 90% in un ambiente a bassa temperatura di -20 ℃.
Svantaggi：
UN.Bassa densità energetica. Il più grande difetto delle batterie al sodio è la bassa densità energetica, alcuni dati mostrano che la densità energetica del monomero della batteria agli ioni di sodio è di 100-150wh/kg, inferiore al limite inferiore di 180wh/kg previsto dagli standard dei requisiti dell'industria cinese, il che significa che la stessa autonomia di due batterie, le batterie al sodio sono più grandi e più pesanti delle batterie al litio.
Modello Tesla 3 attualmente utilizza una densità energetica della batteria al litio ternaria di 260 Wh/kg, La terza generazione di Tesla 4680 la densità energetica della batteria può raggiungere i 330 Wh/kg. la densità energetica della batteria agli ioni di sodio è addirittura inferiore alla metà, densita 'energia, determinare lo stesso peso, lo stesso volume, la cui batteria può durare più a lungo. Come migliorare la densità energetica delle batterie agli ioni di sodio, che è un grosso problema di fronte a molte aziende. Se il problema della densità energetica non può avere un progresso rivoluzionario, almeno in futuro per molto tempo non è possibile sostituire completamente la batteria al litio.
B.Dimensioni e peso maggiori. Perché gli ioni di sodio sono più grandi degli ioni di litio, ciò significa che i materiali utilizzati nelle batterie devono essere in grado di accogliere dimensioni maggiori di ioni di sodio, e le batterie agli ioni di sodio possono richiedere elettrodi ed elettroliti più grandi, che possono renderle più grandi e più pesanti delle batterie agli ioni di litio.
Sono disponibili tre tipi di materiali catodici per le batterie agli ioni di sodio, strato di ossido, polianione e materiali di tipo blu di Prussia. Per esempio, La batteria al sodio di prima generazione di Ningde Time utilizza materiali simili al blu di Prussia, che costano poco, semplice da sintetizzare, altamente designabile, e hanno un'elevata capacità di grammo teorica e prestazioni del moltiplicatore, ma presentano gli svantaggi di una difficile rimozione dell'acqua, ciclo di vita basso, scarse prestazioni effettive del moltiplicatore, bassa densità di energia di massa, grande polarizzazione di tensione, e rischio di fuga termica.
Il problema più fatale è il processo di produzione e lavorazione, se non maneggiato correttamente estremamente facile da formare acqua cristallina, e questo problema è attualmente difficile da risolvere. Si dice che Ningde Times abbia sospeso lo sviluppo di batterie agli ioni di sodio con materiali simili al blu di Prussia, e ora sta cercando di raggiungere la produzione di massa con ossido stratificato e materiali polianionici. La struttura cristallina dello strato di ossido è simile al materiale del catodo ternario, i cui vantaggi sono l'elevata densità di energia, ottime prestazioni ciclistiche, buone prestazioni del moltiplicatore, gli svantaggi sono la scarsa stabilità in aria, il liquame è facile da gelatinizzare, la capacità di grammo gioca instabile. Materiali polianionici, d'altra parte, sono riconosciuti per il loro ciclo di vita elevato, alta tensione operativa teorica, e buona stabilità termica, con gli svantaggi della bassa densità energetica e dell'alto costo delle materie prime.
C.Prestazioni e stabilità. Le batterie agli ioni di sodio sono ancora nelle prime fasi di sviluppo, e le loro prestazioni e stabilità potrebbero non essere ben comprese come altre chimiche della batteria, come le batterie agli ioni di litio. Anche il vero costo del seguito e quale sarà l'esperienza nel mondo reale sono sconosciuti. Cosa c'è di più, sebbene il carbonato di litio sia attualmente molto costoso, il suo mercato è fluttuante, e una volta che vediamo una svolta nelle batterie agli ioni di sodio, è destinata ad essere una significativa riduzione del prezzo e le batterie al sodio perderanno qualsiasi vantaggio.
Generalmente, le batterie agli ioni di sodio sono una direzione di ricerca e sviluppo, ma sono necessarie ulteriori ricerche e sviluppi per migliorare le loro prestazioni e affrontare i loro limiti. Le batterie al litio ternarie e le batterie al litio ferro fosfato rimarranno sicuramente le batterie tradizionali assolute per molto tempo.
3.Batterie agli ioni di sodio vs. batterie agli ioni di litio
Le batterie agli ioni di sodio e le batterie agli ioni di litio sono entrambi tipi di batterie ricaricabili, ma hanno alcune differenze fondamentali nella loro chimica e nelle prestazioni. Ecco alcune delle principali differenze tra batterie agli ioni di sodio e batterie agli ioni di litio:
UN.Materiali: Le batterie agli ioni di sodio utilizzano ioni di sodio come portatori di carica, mentre le batterie agli ioni di litio utilizzano ioni di litio. Il sodio è più abbondante e meno costoso del litio, che potrebbe potenzialmente rendere le batterie agli ioni di sodio più convenienti.
B.Densita 'energia: Le batterie agli ioni di litio hanno in genere una densità di energia maggiore rispetto alle batterie agli ioni di sodio, il che significa che possono immagazzinare più energia in un dato volume o peso. Ciò rende le batterie agli ioni di litio più adatte per dispositivi portatili in cui le dimensioni e il peso sono importanti.
C.Prestazione: Le batterie agli ioni di litio sono state ampiamente studiate e sviluppate, e generalmente hanno prestazioni e stabilità migliori rispetto alle batterie agli ioni di sodio. Le batterie agli ioni di sodio sono ancora nelle prime fasi di sviluppo, e le loro prestazioni e stabilità non sono ancora ben comprese.
D.Sicurezza: Le batterie agli ioni di sodio hanno un minor rischio di fuga termica rispetto ad alcune batterie agli ioni di litio, che possono renderli più sicuri da usare.
e.Impatto ambientale: Le batterie agli ioni di sodio hanno un minore impatto ambientale rispetto ad alcune batterie agli ioni di litio perché il sodio è più abbondante e meno tossico del litio.
F.Ciclo di vita. L'attuale ciclo di vita delle batterie agli ioni di sodio è molto inferiore a quello delle batterie agli ioni di litio, che sicuramente aumenterà il numero di interventi di manutenzione e sostituzione delle batterie agli ioni di sodio in uso. Le batterie al sodio sono generalmente tra 1000-3000 volte. In contrasto, il ciclo di vita delle batterie al litio ferro fosfato è compreso tra 3000-10000 volte.
Generalmente, rispetto al settore è batterie al litio più mature, l'industria delle batterie al sodio è lontana dalla formazione di una produzione di massa su larga scala, vi è attualmente una filiera non è un collo di bottiglia del suono, con conseguente le attuali batterie agli ioni di sodio rispetto ai prezzi di litio ferro fosfato sono anche elevati.
Lo hanno detto gli addetti ai lavori del settore: “Che si tratti di accumulo di energia o di altre aree, batterie agli ioni di sodio in questa fase è difficile sostituire completamente le batterie al litio, perché le aree di applicazione tra i due sono complementari, l'attuale mercato al posizionamento della batteria agli ioni di sodio è una potenziale alternativa alle batterie agli ioni di litio, è un supplemento alle batterie al litio, piuttosto che un sostituto”.
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