Как рыночный спрос на литий-ионные аккумуляторы продолжает расти, Проблемы, такие как нехватка лития ресурсов и растущие цены постепенно возникли.
Литий и натрий, Оба щелочные металлы в группе IA периодической таблицы, разделять сходные физические и химические свойства, Теоретически, делая их подходящими в качестве металлических ионных носителей в вторичных батареях. Батарея натрия (Свет) Поделиться аналогичными механизмами хранения энергии, как литий-ионная батарея, хвастаться приемлемыми конкретными способностями и потенциалами. Поэтому, SIBS считается жизнеспособной альтернативой литий-ионным аккумуляторам и становятся ключевым направлением исследований и разработок.
Основная структура ионной батареи натрия
Структура батареи натриевой ионной батареи по сути такая же, как и у литий-ионной батареи, состоящий в основном из положительного электрода, отрицательный электрод, электролит, сепаратор, и текущий коллекционер.
Основываясь на том, непосредственно ли компоненты батареи натриевой ионной батареи участвуют в электрохимической реакции, Их можно разделить на активные и неактивные материалы. Активные материалы включают положительный электрод материал, отрицательный электрод материал, и материал электролита. Неактивные материалы включают сепаратор, текущий коллекционер, проводящий агент, и переплет.
Структура и свойства положительные и отрицательные электродные материалы В батареи натриевой ионины определяйте характеристики хранения натрия всей батареи. The электролит действует как среда для потока ионов между положительными и отрицательными электродами, позволяя ионам натрия перемещаться между электродами при предотвращении прямого потока электронов. The сепаратор разделяет положительные и отрицательные электроды, предотвращение коротких замыканий при обеспечении ионов. The Текущий коллекционер собирает и передает электроны.
Принцип работы ионной батареи натрия
Аккумулятор-ионный натрие не только разделяет такую же структуру с литий-ионной батареей, но также действуют по существу по тем же принципам. Они оба работают при вставке ионов и удаляются из положительных и отрицательных электродов батареи.
Принцип работы батареи натрия ион заключается в том, что ионы натрия обратимо перемещаются между положительными и отрицательными электродами через электролит, сопровождается потоком электронов через внешнюю цепь. Этот процесс можно разделить на два этапа: зарядка и разряд.
Зарядка
Когда натрие-ионная батарея заряжается, положительный электрод действует как анод (где происходит реакция окисления), и отрицательный электрод действует как катод (где возникает реакция восстановления).
Во время этого процесса, Внешний источник питания применяет напряжение, Вождение ионов натрия (Най) от положительного электрода через электролит до отрицательного электрода. Электроны текут из положительного электрода к отрицательному электроду через внешнюю цепь. Материал отрицательного электрода принимает ионы натрия из положительного электрода и электронов из внешней цепи. Ионы натрия встроены в структуру отрицательного электрода, и электроны входят в отрицательный электрод через внешнюю цепь, поддержание баланса заряда.
Разрядка
Во время выписки, Отрицательный электрод аккумулятора натрия действует как анод (где происходит реакция окисления), и положительный электрод действует как катод (где возникает реакция восстановления).
Процесс разгрузки натриевой ионной батареи является обратной частью процесса зарядки. Атомы натрия, хранящиеся в отрицательном электроде, теряют электроны, образуя ионы натрия (Най). Эти ионы натрия перемещаются от отрицательного электрода обратно к положительному электроду через электролит. Электроны текут из отрицательного электрода к положительному электроду через внешнюю цепь, питание подключенных устройств. Ионы натрия попадают в кристаллическую структуру положительного электрода через электролит, В то время как электроны входят в положительный электрод через внешнюю цепь, поддержание баланса заряда.
Электрохимический процесс
Движение ионов натрия и электронов в батареях ионов натрия опирается на несколько ключевых электрохимических процессов:
Интеркаляция/деинтеркалирование: В большинстве батарей натрия, как катодные, так и анодные материалы слоистые или пористые, способный обратимо хранения ионов натрия в их кристаллических решетках. Например, Аноды с твердыми углеродами имеют неупорядоченную структуру, которая размещает ионы натрия, В то время как многослойные оксидные катоды (такие как nani₀.₅mn₀.₅o₂) Позвольте ионам натрия въезжать и выходить из промежуточного пространства.
Окислительно -восстановительные реакции: Переходные металлы (такие как ни, Мнч, и fe) В катоде подвергаются реакции окисления и восстановления, чтобы сбалансировать интеркаляцию и высвобождение ионов натрия. Например, в Нафепо, Фериоксерскую пару Fe²⁺/Fe³⁺ управляет электрохимическими реакциями.
Ионный транспорт: Электролит должен обладать высокой ионной проводимостью, чтобы обеспечить эффективный транспорт ионов натрия. Общие электролиты включают гексафторофосфат натрия (Чаша) растворены в органических растворителях, таких как этилен карбонат (ЕС) и пропилен карбонат (ПК). Твердотельные электролиты, такие как β-алюминия натрия, также изучаются для повышения безопасности.
Твердый электролитный интерфаз (БЫТЬ): Во время первого цикла заряда, Тонкая пленка SEI образуется на поверхности анода из -за разложения электролита. Этот фильм пассивирует анод, предотвращение дальнейшей деградации электролита при обеспечении транспортировки ионов натрия. Из -за большего размера ионов Na⁺, Пленка SEI в сплошной электролите интерфазы (Свет) менее стабилен, чем в литий-ионных батареях, создавая проблему велосипедной жизни.
