Hintergrund

Aufgrund ihrer hohen reversiblen Kapazität und Zyklenfestigkeit werden Lithium-Ionen-Batterien seit den 1990er Jahren häufig als wiederaufladbare Batterien eingesetzt. Angesichts des erheblichen Anstiegs des Lithiumpreises und der steigenden Nachfrage nach Lithium und anderen Grundkomponenten von Lithium-Ionen-Batterien zwingt uns der zunehmende Mangel an vorgelagerten Rohstoffen für Lithiumbatterien dazu, neue und kostengünstigere elektrochemische Systeme zu erforschen, die auf vorhandenen, reichlich vorhandenen Elementen basieren . Kostengünstigere Natrium-Ionen-Batterien sind die beste Option. Die Natrium-Ionen-Batterie wurde fast zusammen mit der Lithium-Ionen-Batterie entdeckt, aber aufgrund ihres großen Ionenradius und ihrer geringen Kapazität tendieren die Menschen eher dazu, sich mit Lithiumelektrizität zu befassen, und die Forschung an Natrium-Ionen-Batterien geriet fast ins Stocken. Mit dem rasanten Wachstum der Elektrofahrzeuge und der Energiespeicherindustrie in den letzten Jahren hat die Natrium-Ionen-Batterie, die gleichzeitig mit der Lithium-Ionen-Batterie vorgeschlagen wurde, wieder Menschen angezogen's Aufmerksamkeit.

Lithium, Natrium und Kalium sind allesamt Alkalimetalle im Periodensystem der Elemente. Sie haben ähnliche physikalische und chemische Eigenschaften und können theoretisch als Sekundärbatteriematerialien verwendet werden. Natriumvorkommen sind sehr reichhaltig, in der Erdkruste weit verbreitet und einfach zu extrahieren. Als Ersatz für Lithium wird Natrium im Batteriebereich immer mehr Beachtung geschenkt. Die BatterieHerstellersGerangelden Technologieweg der Natrium-Ionen-Batterie zu starten.Leitmeinungen zur Beschleunigung der Entwicklung neuer Energiespeicher, Wissenschaftlicher und technologischer Innovationsplan im Energiebereich während der 14. Fünfjahresplanperiode, UndUmsetzungsplan für die Entwicklung neuer Energiespeicher während der 14. FünfjahresplanperiodeIn den von der National Development and Reform Commission und der National Energy Administration herausgegebenen Plänen wird die Entwicklung einer neuen Generation leistungsstarker Energiespeichertechnologien wie Natrium-Ionen-Batterien erwähnt. Das Ministerium für Industrie und Informationstechnologie (MIIT) hat auch neue Batterien wie Natrium-Ionen-Batterien als Ballast für die Entwicklung der neuen Energiebranche gefördert. Auch Industriestandards für Natrium-Ionen-Batterien sind in Arbeit. Es wird erwartet, dass Natrium-Ionen-Batterien mit hoher Kostenleistung einen Teil des Marktes für Lithium-Ionen-Batterien einnehmen werden, wenn die Industrie ihre Investitionen erhöht, die Technologie ausgereift wird und die Industriekette schrittweise verbessert wird.

Natrium-Ionen-Batterie versus Lithium-Ionen-Batterie

• Die negative Kohlenstoffelektrode einer Natriumionenbatterie ist kostengünstiger und bietet einen größeren Modifikationsraum als die von Graphit.
• Aluminiumfolie kann als Stromkollektor für die positive und negative Elektrode von Natrium-Ionen-Batterien verwendet werden. Lithium-Ionen-Batterien haben ein niedriges negatives Potenzial und müssen eine nicht korrodierte Kupferfolie verwenden. Natrium-Ionen-Batterien hingegen haben ein hohes negatives Potenzial, sodass sie nicht mit Natrium legieren. Aluminiumfolie hat ein geringeres Gewicht und ist kostengünstiger als Kupferfolie.
• Im Elektrolyten ist die Löslichkeit von Na⁺ ist etwa 30 % niedriger als der von Li⁺. Die Auflösungsgeschwindigkeit ist hoch und der Ladungsübertragungswiderstand an der Grenzfläche zwischen Elektrode und Elektrolyt ist gering, was zu einer besseren Elektrodendynamik führt. Daher ist die Entladerate der Natriumionenladung bei hohen und niedrigen Temperaturen hoch, die Leistung bei niedrigen Temperaturen ist ausgezeichnet und es kann schnell aufgeladen werden.
• Natriumionenbatterien verfügen über eine größere Auswahl an positiven Elektrodenmaterialien. Nahezu alle Übergangsmetallelemente der ersten Reihe des Periodensystems können in Natriumionenbatterien verwendet werden. Dies ist auf den großen Größenunterschied zwischen Na zurückzuführen⁺ (Radius 0,102 nm) und Übergangsmetallionen (Radius 0,05–0,07 nm), was deren Trennung begünstigt.
• Der Innenwiderstand einer Natrium-Ionen-Batterie ist höher als der einer Lithium-Ionen-Batterie. Im Falle eines Kurzschlusses ist die Momentanwärme geringer, der Temperaturanstieg ist langsamer und die Temperatur des thermischen Durchgehens ist höher als bei einer Lithiumbatterie, daher ist eine Natriumionenbatterie sicherer.
• Der große Radius der Natriumionen kann beim Entfernen aus dem Elektrodenmaterial zu Materialbrüchen führen und somit die gesamte kinetische Leistung der Batterie und die Integrität der Elektrode beeinträchtigen.
• Natrium hat ein viel höheres Standardelektrodenpotential (0,33 V höher als Lithium), was zu einer geringeren Energiedichte führt und es schwierig macht, mit Lithium-Ionen-Batterien im Energiesektor zu konkurrieren.

Neueste Forschungsfortschritte

In den letzten Jahren umfasste die Forschung zu Natriumionenbatterien fortschrittliches kobaltfreies Kathodenmaterial für Natriumionenbatterien, kostengünstiges polyanionisches Sulfat für die positive Elektrode von Natriumionenbatterien und Nano-PB-Verbindungen, die in der positiven Natriumelektrode verwendet werden -Ionenbatterien, Grundlagenforschung zu organischen Anodenmaterialien für Natriumionenbatterien bis hin zu möglichen kommerziellen Anwendungen, Metalloxide und Sulfide auf Zinnbasis als Anodenmaterialien für Natriumionenbatterien, Nanotechnik fortschrittlicher Kohlenstoffmaterialien in Natriumionenbatterien und Anwendung der fortgeschrittenen In-situ-Charakterisierung bei der Untersuchung von Natriumionenbatterien. Im Allgemeinen ist es immer noch ein Forschungsschwerpunkt bei der Gewinnung leistungsstarker positiver und negativer Elektrodenmaterialien unter den Gesichtspunkten der Optimierung von Modifizierungsmitteln, der Verbesserung von Herstellungsmethoden und der Erforschung von Natriumspeichermechanismen, um die allgemeine Wettbewerbsfähigkeit von Natriumionenbatterien zu verbessern.