Bakgrund

Litiumjonbatterier har använts i stor utsträckning som laddningsbara batterier sedan 1990-talet på grund av deras höga reversibla kapacitet och cykelstabilitet. Med den avsevärda ökningen av priset på litium och den ökande efterfrågan på litium och andra grundläggande komponenter i litiumjonbatterier, tvingar den ökande bristen på uppströms råmaterial för litiumbatterier oss att utforska nya och billigare elektrokemiska system baserade på befintliga rikliga element . Billigare natriumjonbatterier är det bästa alternativet. Natriumjonbatteri upptäcktes nästan tillsammans med litiumjonbatteri, men på grund av dess stora jonradie och låga kapacitet är människor mer benägna att studera litiumelektricitet, och forskningen om natriumjonbatterier stannade nästan av. Med den snabba tillväxten av elfordon och energilagringsindustrin de senaste åren har natriumjonbatteriet, som har föreslagits samtidigt som litiumjonbatteriet, återigen lockat människor's uppmärksamhet.

Litium, natrium och kalium är alla alkalimetaller i grundämnenas periodiska system. De har liknande fysikaliska och kemiska egenskaper och kan användas som sekundära batterimaterial i teorin. Natriumresurser är mycket rika, brett spridda i jordskorpan och enkla att utvinna. Som ersättning för litium har natrium fått mer och mer uppmärksamhet inom batteriområdet. Batteriettillverkaresförvrängaatt lansera teknikvägen för natriumjonbatteri.Vägledande åsikter om att påskynda utvecklingen av ny energilagring, Vetenskaplig och teknisk innovationsplan inom energiområdet under den 14:e femårsplanen, ochGenomförandeplan för utveckling av nytt energilager under den 14:e femårsplanenutfärdat av National Development and Reform Commission och National Energy Administration har nämnt att utveckla en ny generation av högpresterande energilagringstekniker såsom natriumjonbatterier. Ministeriet för industri och informationsteknologi (MIIT) har också främjat nya batterier, såsom natriumjonbatterier, som ballast för utvecklingen av den nya energiindustrin. Branschstandarder för natriumjonbatterier är också på väg. Det förväntas att när industrin ökar investeringarna, tekniken blir mogen och industrikedjan gradvis förbättras, förväntas natriumjonbatteriet med hög kostnadsprestanda att uppta en del av litiumjonbatterimarknaden.

Natriumjonbatteri kontra litiumjonbatteri

• Kolnegativ elektrod för natriumjonbatteri har lägre kostnad och större modifieringsutrymme än grafit.
• Aluminiumfolie kan användas som strömavtagare för de positiva och negativa elektroderna på natriumjonbatterier. Litiumjonbatterier har låg negativ potential och måste använda kopparfolie som inte är korroderad. Natriumjonbatterier har å andra sidan en hög negativ potential, så de legerar sig inte med natrium. Aluminiumfolie är lägre i vikt och kostnad än kopparfolie.
• I elektrolyten, lösligheten av Na⁺ är cirka 30 % lägre än Li⁺. Upplösningshastigheten är hög och laddningsöverföringsmotståndet vid elektrod-elektrolytgränssnittet är litet, vilket ger bättre elektroddynamik. Därför är urladdningshastigheten för natriumjonladdning hög vid hög temperatur och låg temperatur, och lågtemperaturprestandan är utmärkt och den kan laddas snabbt.
• Natriumjonbatterier har ett större urval av positiva elektrodmaterial. Nästan alla övergångsmetaller i första raden i det periodiska systemet kan användas i natriumjonbatterier. Detta beror på den stora storleksskillnaden mellan Na⁺ (radie 0,102 nm) och övergångsmetalljoner (radie 0,05-0,07 nm), vilket bidrar till deras separation.
• Det inre motståndet hos ett natriumjonbatteri är högre än hos ett litiumjonbatteri. Vid kortslutning är den momentana värmen mindre, temperaturökningen är långsammare och den termiska flykttemperaturen är högre än för ett litiumbatteri, därför är ett natriumjonbatteri säkrare.
• Den stora radien av natriumjon kan leda till materialbrott när det tas bort från elektrodmaterialet, vilket påverkar batteriets totala kinetiska prestanda och elektrodens integritet.
• Natrium har en mycket högre standardelektrodpotential (0,33V högre än litium), vilket resulterar i en lägre energitäthet och gör det svårt att konkurrera med litiumjonbatterier inom kraftsektorn.

Senaste forskningsframsteg

Under de senaste åren har forskningen om natriumjonbatterier inkluderat avancerat koboltfritt katodmaterial för natriumjonbatterier, billigt polyanjoniskt sulfat för den positiva elektroden av natriumjonbatterier, nano-pb-föreningar som används i den positiva elektroden av natrium -jonbatterier, grundforskning om organiska anodmaterial för natriumjonbatterier för potentiella kommersiella tillämpningar, tennbaserade metalloxider och sulfider som används som anodmaterial för natriumjonbatterier, nanoteknik av avancerade kolmaterial i natriumjonbatterier, och tillämpning av avancerad in situ karakterisering i studien av natriumjonbatterier. I allmänhet är det fortfarande en forskningshotspot för att erhålla högpresterande positiva och negativa elektrodmaterial från aspekterna av att optimera modifieringsmetoder, förbättra beredningsmetoder och utforska natriumlagringsmekanism för att förbättra den övergripande konkurrenskraften för natriumjonbatterier.