خلفية

تم استخدام بطاريات الليثيوم أيون على نطاق واسع كبطاريات قابلة لإعادة الشحن منذ التسعينيات نظرًا لقدرتها العالية القابلة للعكس واستقرار الدورة. مع الزيادة الكبيرة في سعر الليثيوم والطلب المتزايد على الليثيوم والمكونات الأساسية الأخرى لبطاريات الليثيوم أيون، فإن النقص المتزايد في المواد الخام الأولية لبطاريات الليثيوم يجبرنا على استكشاف أنظمة كهروكيميائية جديدة وأرخص تعتمد على العناصر الوفيرة الموجودة . تعتبر بطاريات أيونات الصوديوم منخفضة التكلفة هي الخيار الأفضل. تم اكتشاف بطارية أيون الصوديوم تقريبًا مع بطارية أيون الليثيوم، ولكن بسبب نصف قطرها الأيوني الكبير وقدرتها المنخفضة، يميل الناس أكثر إلى دراسة كهرباء الليثيوم، وتوقف البحث عن بطارية أيون الصوديوم تقريبًا. مع النمو السريع للسيارات الكهربائية وصناعة تخزين الطاقة في السنوات الأخيرة، جذبت بطارية أيون الصوديوم، التي تم اقتراحها في نفس الوقت مع بطارية الليثيوم أيون، الناس مرة أخرى'انتباه.

الليثيوم والصوديوم والبوتاسيوم كلها معادن قلوية في الجدول الدوري للعناصر. لديهم خصائص فيزيائية وكيميائية مماثلة ويمكن استخدامها كمواد بطارية ثانوية من الناحية النظرية. موارد الصوديوم غنية جدًا، وموزعة على نطاق واسع في القشرة الأرضية، ويسهل استخراجها. كبديل لليثيوم، تم إيلاء المزيد والمزيد من الاهتمام للصوديوم في مجال البطارية. البطاريةالشركة المصنعةsيتبارىلإطلاق المسار التكنولوجي لبطارية أيون الصوديوم.آراء توجيهية بشأن تسريع تطوير تخزين الطاقة الجديدة, خطة الابتكار العلمي والتكنولوجي في مجال الطاقة خلال فترة الخطة الخمسية الرابعة عشرة، والخطة التنفيذية لتطوير تخزين الطاقة الجديدة خلال فترة الخطة الخمسية الرابعة عشرةوقد ذكرت اللجنة الوطنية للتنمية والإصلاح والإدارة الوطنية للطاقة، الصادرة عن اللجنة الوطنية للطاقة، تطوير جيل جديد من تقنيات تخزين الطاقة عالية الأداء مثل بطاريات أيون الصوديوم. كما روجت وزارة الصناعة وتكنولوجيا المعلومات (MIIT) للبطاريات الجديدة، مثل بطاريات أيونات الصوديوم، كصابورة لتطوير صناعة الطاقة الجديدة. ويجري العمل أيضًا على معايير الصناعة لبطاريات أيونات الصوديوم. ومن المتوقع أنه مع زيادة الاستثمار في الصناعة، تصبح التكنولوجيا ناضجة وتتحسن السلسلة الصناعية تدريجيًا، ومن المتوقع أن تحتل بطارية أيون الصوديوم ذات الأداء العالي التكلفة جزءًا من سوق بطاريات الليثيوم أيون.

بطارية أيون الصوديوم مقابل بطارية أيون الليثيوم

• يتميز القطب السالب للكربون لبطارية أيون الصوديوم بتكلفة أقل ومساحة تعديل أكبر من تلك الموجودة في الجرافيت.
• يمكن استخدام رقائق الألومنيوم كمجمع تيار للقطب الموجب والسالب لبطاريات أيونات الصوديوم. تتمتع بطاريات الليثيوم أيون بقدرة سلبية منخفضة ويجب أن تستخدم رقائق نحاس غير قابلة للتآكل. من ناحية أخرى، تتمتع بطاريات أيونات الصوديوم بقدرة سلبية عالية، لذا فهي لا تختلط بالصوديوم. رقائق الألومنيوم أقل وزنًا وتكلفة من رقائق النحاس.
• في المنحل بالكهرباء، ذوبان Na⁺ أقل بحوالي 30% من اللي⁺. معدل الذوبان مرتفع، ومقاومة نقل الشحنة عند واجهة القطب الكهربائي والكهارل صغيرة، مما يوفر ديناميكيات قطب كهربائي أفضل. لذلك، يكون معدل تفريغ شحنة أيونات الصوديوم مرتفعًا عند درجة حرارة عالية ودرجة حرارة منخفضة، ويكون أداء درجة الحرارة المنخفضة ممتازًا، ويمكن شحنه بسرعة.
• تتمتع بطاريات أيون الصوديوم بخيارات أوسع من مواد القطب الموجب. يمكن استخدام جميع العناصر المعدنية الانتقالية الموجودة في الصف الأول من الجدول الدوري تقريبًا في بطاريات أيونات الصوديوم. ويرجع ذلك إلى الفرق الكبير في الحجم بين Na⁺ (نصف القطر 0.102 نانومتر) وأيونات المعادن الانتقالية (نصف القطر 0.05-0.07 نانومتر)، مما يساعد على فصلهما.
• المقاومة الداخلية لبطارية أيون الصوديوم أعلى من مقاومة بطارية الليثيوم أيون. في حالة قصر الدائرة الكهربائية، تكون الحرارة اللحظية أقل، ويكون ارتفاع درجة الحرارة أبطأ وتكون درجة الحرارة الحرارية الجامحة أعلى من درجة حرارة بطارية الليثيوم، وبالتالي فإن بطارية أيون الصوديوم أكثر أمانًا.
• قد يؤدي نصف القطر الكبير لأيون الصوديوم إلى تمزق المادة عند إزالتها من مادة القطب، مما يؤثر على الأداء الحركي العام للبطارية وسلامة القطب.
• يتمتع الصوديوم بإمكانية قطب كهربائي قياسي أعلى بكثير (0.33 فولت أعلى من الليثيوم)، مما يؤدي إلى انخفاض كثافة الطاقة ويجعل من الصعب التنافس مع بطاريات أيونات الليثيوم في قطاع الطاقة.

أحدث التقدم البحثي

في السنوات الأخيرة، شملت الأبحاث المتعلقة ببطاريات أيونات الصوديوم مواد كاثود متقدمة خالية من الكوبالت لبطاريات أيونات الصوديوم، وكبريتات بولي أنيونك منخفضة التكلفة للقطب الموجب لبطاريات أيونات الصوديوم، ومركبات نانو-pb المستخدمة في القطب الموجب للصوديوم. بطاريات أيون، بحث أساسي عن مواد الأنود العضوية لبطاريات أيون الصوديوم للتطبيقات التجارية المحتملة، وأكاسيد المعادن القائمة على القصدير والكبريتيدات المستخدمة كمواد أنود لبطاريات أيون الصوديوم، الهندسة النانوية للمواد الكربونية المتقدمة في أيون الصوديوم البطاريات، وتطبيق التوصيف الموقعي المتقدم في دراسة بطاريات أيونات الصوديوم. بشكل عام، لا يزال مجال البحث للحصول على مواد إلكترودات إيجابية وسلبية عالية الأداء من جوانب تحسين وسائل التعديل وتحسين طرق التحضير واستكشاف آلية تخزين الصوديوم لتحسين القدرة التنافسية الشاملة لبطاريات أيونات الصوديوم.