Urip maneh baterei sodium-ion suhu kamar
Amarga cadangan sodium (Na) sing akeh banget ing kerak bumi lan sifat fisikokimia sodium lan litium sing padha, panyimpenan energi elektrokimia adhedhasar sodium nduweni janji penting kanggo panyimpenan energi lan pembangunan jaringan skala gedhe. Contone, sel aktivitas riset baterei nol emisi suhu dhuwur adhedhasar sistem Na / NiCl2 lan sel Na-S suhu dhuwur, sing kasus komersial sukses aplikasi stasioner lan seluler, wis nuduhake potensial baterei sing bisa diisi ulang adhedhasar sodium. Nanging, suhu operasi sing dhuwur watara 300 °C nyebabake masalah keamanan lan nyuda efisiensi baterei natrium-ion (SIBs). Mulane, SIB suhu kamar (RT) dianggep minangka teknologi alternatif sing paling apik kanggo LIB.
Sajrone sejarah baterei sajrone 200 taun kepungkur, riset babagan SIB ditindakake kanthi temenan kanthi pangembangan LIB. Aktivitas elektrokimia TiS2 kanggo lithium lan kelayakan kanggo panyimpenan energi pisanan diajukake ing taun 1970-an. Sawise panemuan iki, kemampuan ion Na kanggo dilebokake ing TiS+2 diwujudake ing awal taun 1980-an. Kanthi panemuan grafit minangka bahan anoda sing murah lan kapasitas moderat kanggo LIB lan gagal interkalasi ion natrium, pangembangan LIB kanthi cepet dumadi ing taun 1990-an, ngganti wutah ing kimia natrium. Banjur, ing 2000, kasedhiyan kanggo panyimpenan sodium ing hard karbon (HC), kang bakal ngirim kapasitas energi padha Li ing grafit, rejuvenated kapentingan riset ing SIBs.
Perbandingan baterei Sodium-ion lan baterei Lithium-ion
Urip maneh SIBs-ditambahake karo tekanan sing terus saya tambah amarga ora kasedhiya cadangan lithium lan kenaikan biaya sing cocog-nyedhiyakake strategi pelengkap kanggo LIB. SIB wis entuk perhatian riset sing tambah akeh, digabungake karo prestasi dhasar ing ilmu material, ing drive kanggo nyukupi penetrasi teknologi energi sing bisa dianyari. Komponen sèl lan mekanisme reaksi elektrokimia SIB dhasaré padha karo LIB, kajaba pembawa muatan, yaiku Na ing siji lan Li ing liyané. Alesan utama kanggo ekspansi kanthi cepet ing kimia bahan SIB dianggep minangka paralel ing sifat fisikokimia antarane rong logam alkali.
Kaping pisanan, prinsip operasi lan konstruksi sel SIB padha karo LIB komersial, sanajan Na minangka operator muatan. Papat komponen utama ana ing SIB khas: bahan katoda (biasane senyawa sing ngandhut Na); bahan anoda (ora kudu ngemot Na); elektrolit (ing negara cair utawa padhet); lan pemisah. Sajrone proses pangisian daya, ion natrium diekstrak saka katoda, sing biasane dilapisi oksida logam lan senyawa polianionik, lan banjur dilebokake ing anoda, nalika arus kasebut ngliwati sirkuit eksternal ing arah sing ngelawan. Nalika ngeculake, Na ninggalake anoda lan bali menyang katoda kanthi proses sing diarani "prinsip kursi goyang." Persamaan kasebut ndadekake pangerten awal lan wutah kanthi cepet ing teknologi SIB.
Kajaba iku, radius ion Na sing luwih gedhe nggawa kaluwihan dhewe: tambah keluwesan positivitas elektrokimia lan nyuda energi de-solvasi ing pelarut polar. Longkangan luwih ing radius ion antarane Li lan ion logam transisi biasane ndadékaké kanggo Gagal saka keluwesan desain materi. Ing kontras, sistem basis sodium mbisakake struktur padhet luwih fleksibel tinimbang sistem basis lithium, lan nduweni konduktivitas ion gedhe tenan. Conto khas yaiku β-Al2O3, sing interkalasi Na nduweni ukuran sampurna lan konduktivitas dhuwur. Oksida logam transisi sing luwih dilapisi kanthi cara tumpukan M + x + sing beda bisa gampang diwujudake ing sistem adhedhasar sodium. Kajaba iku, macem-macem struktur kristal sing dikenal kanggo kulawarga konduktor sodium ion (NaSICON) luwih rumit tinimbang analog lithium. Sing luwih penting, konduktivitas ion sing luwih dhuwur bisa diidini ing senyawa NaSICON, sing ngluwihi konduktivitas ion ing senyawa konduktor lithium ion (LiSICON).
Paling ora, investigasi sistematis karo pelarut polar aprotik sing beda-beda wis nuduhake yen radius ion Na sing luwih gedhe nyebabake energi desolvasi sing luwih lemah. Li sing luwih cilik nduweni kapadhetan muatan permukaan sing luwih dhuwur ing sekitar inti tinimbang Na nalika loro-lorone nduweni valensi sing padha. Li dadi stabil kanthi termodinamika kanthi nuduhake luwih akeh elektron karo molekul pelarut polar. Tegese, Li bisa digolongake minangka jinis asam Lewis. Akibaté, energi desolvasi sing relatif dhuwur dibutuhake kanggo Li sing banget polarisasi, sing nyebabake resistensi transfer sing relatif gedhe sing diakibatake dening transportasi Li saka negara cair (elektrolit) menyang negara padhet (elektroda). Amarga energi desolvasi raket banget karo kinetika transfer sing kedadeyan ing antarmuka cair / padat, energi desolvasi sing relatif kurang minangka kauntungan sing signifikan kanggo ngrancang SIB kanthi daya dhuwur.
