Fondo

Las baterías de iones de litio se han utilizado ampliamente como baterías recargables desde la década de 1990 debido a su alta capacidad reversible y estabilidad de ciclo. Con el aumento sustancial del precio del litio y la creciente demanda de litio y otros componentes básicos de las baterías de iones de litio, la creciente escasez de materias primas para las baterías de litio nos está obligando a explorar sistemas electroquímicos nuevos y más baratos basados ​​en los abundantes elementos existentes. . Las baterías de iones de sodio de menor costo son la mejor opción. Las baterías de iones de sodio casi se descubrieron junto con las baterías de iones de litio, pero debido a su gran radio de iones y su baja capacidad, la gente está más inclinada a estudiar la electricidad del litio y la investigación sobre las baterías de iones de sodio casi se estancó. Con el rápido crecimiento de los vehículos eléctricos y la industria del almacenamiento de energía en los últimos años, la batería de iones de sodio, que se propuso al mismo tiempo que la batería de iones de litio, ha vuelto a atraer a la gente.'s atención.

El litio, el sodio y el potasio son todos metales alcalinos de la tabla periódica de los elementos. Tienen propiedades físicas y químicas similares y, en teoría, pueden utilizarse como materiales secundarios para baterías. Los recursos de sodio son muy ricos, están ampliamente distribuidos en la corteza terrestre y son fáciles de extraer. Como sustituto del litio, se ha prestado cada vez más atención al sodio en el campo de las baterías. la bateriafabricantesluchapara lanzar la ruta tecnológica de la batería de iones de sodio.Opiniones orientadoras sobre la aceleración del desarrollo del nuevo almacenamiento de energía, Plan de Innovación Científica y Tecnológica en el Ámbito Energético durante el XIV Plan Quinquenal, yPlan de implementación para el desarrollo de nuevo almacenamiento de energía durante el decimocuarto período del plan quinquenalemitidos por la Comisión Nacional de Desarrollo y Reforma y la Administración Nacional de Energía han mencionado el desarrollo de una nueva generación de tecnologías de almacenamiento de energía de alto rendimiento, como las baterías de iones de sodio. El Ministerio de Industria y Tecnología de la Información (MIIT) también ha promovido nuevas baterías, como las de iones de sodio, como lastre para el desarrollo de la nueva industria energética. También se están trabajando en estándares industriales para baterías de iones de sodio. Se espera que a medida que la industria aumente la inversión, la tecnología madure y la cadena industrial mejore gradualmente, se espera que la batería de iones de sodio con alto costo ocupe parte del mercado de baterías de iones de litio.

Batería de iones de sodio versus batería de iones de litio

• El electrodo de carbono negativo de la batería de iones de sodio tiene un costo menor y un espacio de modificación mayor que el del grafito.
• El papel de aluminio se puede utilizar como colector de corriente para los electrodos positivo y negativo de las baterías de iones de sodio. Las baterías de iones de litio tienen un potencial negativo bajo y deben utilizar láminas de cobre que no estén corroídas. Las baterías de iones de sodio, por otro lado, tienen un alto potencial negativo, por lo que no se alean con el sodio. El papel de aluminio es menor en peso y costo que el papel de cobre.
• En el electrolito, la solubilidad del Na⁺ es aproximadamente un 30% más bajo que el de Li⁺. La tasa de disolución es alta y la resistencia de transferencia de carga en la interfaz electrodo-electrolito es pequeña, lo que proporciona una mejor dinámica del electrodo. Por lo tanto, la velocidad de descarga de la carga de iones de sodio es alta a alta y baja temperatura, y el rendimiento a baja temperatura es excelente y se puede cargar rápidamente.
• Las baterías de iones de sodio tienen una variedad más amplia de materiales de electrodos positivos. Casi todos los elementos de metales de transición de la primera fila de la tabla periódica se pueden utilizar en baterías de iones de sodio. Esto se debe a la gran diferencia de tamaño entre Na⁺ (radio 0,102 nm) e iones de metales de transición (radio 0,05-0,07 nm), lo que favorece su separación.
• La resistencia interna de una batería de iones de sodio es mayor que la de una batería de iones de litio. En el caso de un cortocircuito, el calor instantáneo es menor, el aumento de temperatura es más lento y la temperatura descontrolada térmica es mayor que la de una batería de litio, por lo que una batería de iones de sodio es más segura.
• El gran radio del ion sodio puede provocar la ruptura del material cuando se retira del material del electrodo, afectando así el rendimiento cinético general de la batería y la integridad del electrodo.
• El sodio tiene un potencial de electrodo estándar mucho más alto (0,33 V más que el litio), lo que da como resultado una menor densidad de energía y dificulta la competencia con las baterías de iones de litio en el sector energético.

Últimos avances de la investigación.

En los últimos años, la investigación sobre baterías de iones de sodio incluye material catódico avanzado sin cobalto para baterías de iones de sodio, sulfato polianiónico de bajo costo para el electrodo positivo de las baterías de iones de sodio, compuestos de nano-pb utilizados en el electrodo positivo de sodio. -baterías de iones, investigación básica sobre materiales de ánodos orgánicos para baterías de iones de sodio para posibles aplicaciones comerciales, óxidos y sulfuros metálicos a base de estaño utilizados como materiales de ánodos para baterías de iones de sodio, nanoingeniería de materiales de carbono avanzados en baterías de iones de sodio, y aplicación de caracterización avanzada in situ en el estudio de baterías de iones de sodio. En general, sigue siendo un punto de investigación para obtener materiales de electrodos positivos y negativos de alto rendimiento desde los aspectos de optimización de los medios de modificación, mejora de los métodos de preparación y exploración del mecanismo de almacenamiento de sodio para mejorar la competitividad general de las baterías de iones de sodio.