En tant que demande du marché pour batteries lithium-ion continue de grandir, Des problèmes tels que les pénuries de ressources au lithium et la hausse des prix ont progressivement émergé.
Lithium et sodium, Les deux métaux alcalins du groupe IA du tableau périodique, Partagez des propriétés physiques et chimiques similaires, Théoriquement les rendant adaptés comme porteurs d'ions métalliques dans les batteries secondaires. Batterie de sodium-ion (Lumière) Partagez des mécanismes de stockage d'énergie similaires à la batterie lithium-ion, Bénération de capacités et de potentiels spécifiques acceptables. Donc, Les Sibs sont considérés comme une alternative viable aux batteries lithium-ion et sont devenus un objectif clé de la recherche et du développement.
Structure de base de la batterie d'ions sodium
La structure de la batterie sodium-ion est essentiellement la même que celle de la batterie lithium-ion, composé principalement d'électrode positive, électrode négative, électrolyte, séparateur, et collectionneur de courant.
En fonction de la question de savoir si les composants d'une batterie sodium-ion participent directement à la réaction électrochimique, Ils peuvent être divisés en matériaux actifs et inactifs. Les matériaux actifs comprennent le matériau d'électrode positif, le matériau d'électrode négatif, et le matériau électrolytique. Les matières inactives incluent le séparateur, le collecteur actuel, agent conducteur, et liant.
La structure et les propriétés du Matériaux d'électrode positive et négative Dans une batterie sodium-ion, déterminez les performances de stockage de sodium de la batterie entière. Le électrolyte agit comme un milieu pour le flux d'ions entre les électrodes positives et négatives, Permettre aux ions sodium de se déplacer entre les électrodes tout en empêchant le débit direct d'électrons. Le séparateur sépare les électrodes positives et négatives, Empêcher les courts circuits tout en autorisant le transport d'ions. Le collectionneur actuel recueille et transmet des électrons.
Principe de travail de la batterie de sodium ion
La batterie de sodium-ion partage non seulement une structure similaire à la batterie lithium-ion, mais fonctionne également sur les mêmes principes. Ils travaillent tous les deux par des ions insérés et retirés des électrodes positives et négatives de la batterie.
Le principe de travail de la batterie sodium-ion est que les ions sodium se déplacent réversiblement entre les électrodes positives et négatives à travers l'électrolyte, accompagné du flux d'électrons à travers un circuit externe. Ce processus peut être divisé en deux phases: charge et déchargement.
Chargement
Lorsque la batterie sodium-ion est chargée, L'électrode positive agit comme l'anode (Lorsqu'une réaction d'oxydation se produit), Et l'électrode négative agit comme la cathode (Lorsqu'une réaction de réduction se produit).
Pendant ce processus, Une source d'alimentation externe applique une tension, conduire des ions sodium (Na⁺) de l'électrode positive à travers l'électrolyte à l'électrode négative. Les électrons s'écoulent de l'électrode positive à l'électrode négative via un circuit externe. Le matériau d'électrode négatif accepte les ions sodium de l'électrode positive et des électrons du circuit externe. Les ions sodium sont intégrés dans la structure de l'électrode négative, et les électrons entrent dans l'électrode négative à travers le circuit externe, Maintenir le solde des charges.
Déchargement
Pendant la sortie, L'électrode négative de la batterie sodium-ion agit comme l'anode (Lorsqu'une réaction d'oxydation se produit), Et l'électrode positive agit comme la cathode (Lorsqu'une réaction de réduction se produit).
Le processus de décharge de la batterie sodium-ion est l'inverse du processus de charge. Les atomes de sodium stockés dans le matériau d'électrode négatif perdent des électrons, formant des ions sodium (Na⁺). Ces ions sodium se déplacent de l'électrode négative vers l'électrode positive à travers l'électrolyte. Les électrons s'écoulent de l'électrode négative vers l'électrode positive à travers un circuit externe, Alimentation des appareils connectés. Les ions sodium pénètrent dans la structure cristalline de l'électrode positive à travers l'électrolyte, tandis que les électrons entrent dans l'électrode positive à travers le circuit externe, Maintenir le solde des charges.
Processus électrochimique
Le mouvement des ions sodium et des électrons dans les batteries de sodium-ions repose sur plusieurs processus électrochimiques clés:
Intercalation / désintercalation: Dans la plupart des batteries sodium-ion, Les matériaux de cathode et d'anode sont en couches ou poreux, capable de stocker de manière réversible des ions de sodium dans leurs réseaux cristallins. Par exemple, Les anodes du carbone dur ont une structure désordonnée qui s'accueille des ions sodium, tandis que les cathodes à oxyde en couches (comme nani₀.₅mn₀.₅o₂) Permettre aux ions sodium de se déplacer dans et hors de l'espace intercouche.
Réactions redox: Métaux de transition (comme ni, MN, et Fe) dans la cathode subit des réactions d'oxydation et de réduction pour équilibrer l'intercalation et la libération d'ions sodium. Par exemple, à Nafepo₄, Le couple redox fe²⁺ / fe³⁺ entraîne les réactions électrochimiques.
Transport d'ions: L'électrolyte doit avoir une conductivité ionique élevée pour permettre un transport efficace des ions sodium. Les électrolytes courants comprennent l'hexafluorophosphate de sodium (Bol) dissous dans des solvants organiques tels que le carbonate d'éthylène (CE) et carbonate de propylène (PC). Électrolytes à semi-conducteurs, comme la β-alumine de sodium, sont également explorés pour une meilleure sécurité.
Interphase d'électrolyte solide (ÊTRE): Pendant le premier cycle de charge, Un film mince SEI se forme sur la surface de l'anode due à la décomposition de l'électrolyte. Ce film passivate l'anode, Empêcher une nouvelle dégradation de l'électrolyte tout en permettant le transport d'ions sodium. En raison de la plus grande taille des ions na⁺, Le film SEI en interphase d'électrolyte solide (Lumière) est moins stable que dans les batteries au lithium-ion, Poser un défi pour faire le tour de la vie.
