Fundo

As baterias de íons de lítio têm sido amplamente utilizadas como baterias recarregáveis ​​desde a década de 1990 devido à sua alta capacidade reversível e estabilidade de ciclo. Com o aumento substancial do preço do lítio e a crescente procura de lítio e de outros componentes básicos das baterias de iões de lítio, a crescente escassez de matérias-primas a montante para baterias de lítio está a forçar-nos a explorar sistemas electroquímicos novos e mais baratos, baseados nos elementos abundantes existentes. . Baterias de íon de sódio de baixo custo são a melhor opção. A bateria de íon de sódio quase foi descoberta junto com a bateria de íon de lítio, mas devido ao seu grande raio de íon e baixa capacidade, as pessoas estão mais inclinadas a estudar eletricidade de lítio, e a pesquisa sobre bateria de íon de sódio quase estagnou. Com o rápido crescimento dos veículos elétricos e da indústria de armazenamento de energia nos últimos anos, a bateria de íon de sódio, que foi proposta ao mesmo tempo que a bateria de íon de lítio, atraiu novamente as pessoas'atenção.

Lítio, sódio e potássio são todos metais alcalinos na tabela periódica dos elementos. Eles têm propriedades físicas e químicas semelhantes e podem, em teoria, ser usados ​​como materiais de bateria secundária. Os recursos de sódio são muito ricos, amplamente distribuídos na crosta terrestre e simples de extrair. Como substituto do lítio, o sódio tem recebido cada vez mais atenção no campo das baterias. A bateriafabricantesembaralharpara lançar a rota tecnológica da bateria de íon de sódio.Opiniões orientadoras sobre como acelerar o desenvolvimento de novos armazenamentos de energia, Plano de Inovação Científica e Tecnológica na Área Energética durante o Período do 14º Plano Quinquenal, ePlano de Implementação para o Desenvolvimento de Novo Armazenamento de Energia durante o 14º Período do Plano Quinquenalemitidos pela Comissão Nacional de Desenvolvimento e Reforma e pela Administração Nacional de Energia mencionaram o desenvolvimento de uma nova geração de tecnologias de armazenamento de energia de alto desempenho, como baterias de íon de sódio. O Ministério da Indústria e Tecnologia da Informação (MIIT) também promoveu novas baterias, como as baterias de íon de sódio, como lastro para o desenvolvimento da nova indústria energética. Os padrões da indústria para baterias de íon de sódio também estão em andamento. Espera-se que à medida que a indústria aumente o investimento, a tecnologia se torne madura e a cadeia industrial melhore gradualmente, a bateria de íon de sódio com alto desempenho de custo deverá ocupar parte do mercado de baterias de íon de lítio.

Bateria de íon de sódio versus bateria de íon de lítio

• O eletrodo negativo de carbono da bateria de íons de sódio tem menor custo e maior espaço de modificação do que o de grafite.
• A folha de alumínio pode ser usada como coletor de corrente para os eletrodos positivo e negativo das baterias de íon de sódio. As baterias de íon de lítio têm baixo potencial negativo e devem usar folha de cobre que não esteja corroída. As baterias de íon de sódio, por outro lado, têm um alto potencial negativo, por isso não se ligam ao sódio. A folha de alumínio tem peso e custo mais baixos do que a folha de cobre.
• No eletrólito, a solubilidade do Na⁺ é cerca de 30% menor que o de Li⁺. A taxa de dissolução é alta e a resistência à transferência de carga na interface eletrodo-eletrólito é pequena, o que proporciona melhor dinâmica do eletrodo. Portanto, a taxa de descarga da carga de íons de sódio é alta em altas e baixas temperaturas, e o desempenho em baixas temperaturas é excelente e pode ser carregado rapidamente.
• As baterias de íon de sódio têm uma escolha mais ampla de materiais de eletrodo positivo. Quase todos os elementos de metais de transição na primeira linha da tabela periódica podem ser usados ​​em baterias de íon de sódio. Isto se deve à grande diferença de tamanho entre Na⁺ (raio 0,102 nm) e íons de metais de transição (raio 0,05-0,07 nm), o que favorece sua separação.
• A resistência interna de uma bateria de íon de sódio é maior que a de uma bateria de íon de lítio. No caso de curto-circuito, o calor instantâneo é menor, o aumento da temperatura é mais lento e a temperatura de fuga térmica é superior à de uma bateria de lítio, portanto uma bateria de íon de sódio é mais segura.
• O grande raio do íon sódio pode levar à ruptura do material quando ele é removido do material do eletrodo, afetando assim o desempenho cinético geral da bateria e a integridade do eletrodo.
• O sódio tem um potencial de eletrodo padrão muito mais alto (0,33 V maior que o lítio), resultando em uma densidade de energia mais baixa e dificultando a competição com baterias de íon-lítio no setor de energia.

Progresso da pesquisa mais recente

Nos últimos anos, a pesquisa sobre baterias de íon de sódio inclui material catódico avançado sem cobalto para baterias de íon de sódio, sulfato polianiônico de baixo custo para o eletrodo positivo de baterias de íon de sódio, compostos nano-pb usados ​​no eletrodo positivo de sódio -baterias de íons, pesquisa básica sobre materiais anódicos orgânicos para baterias de íons de sódio para possíveis aplicações comerciais, óxidos e sulfetos metálicos à base de estanho usados ​​como materiais anódicos para baterias de íons de sódio, nanoengenharia de materiais avançados de carbono em baterias de íons de sódio e aplicação de avançado caracterização in situ no estudo de baterias de íon sódio. Em geral, ainda é um ponto importante de pesquisa para obter materiais de eletrodos positivos e negativos de alto desempenho nos aspectos de otimização de meios de modificação, melhoria de métodos de preparação e exploração de mecanismos de armazenamento de sódio para melhorar a competitividade geral das baterias de íon de sódio.