Güç pillerinde yeni bir çağda sodyum iyon pillerin yükselişi
Sodyum pilli elektrikli otomobil çağını başlatıyoruz
2024 yılı başlarında dünyanın ilk sodyum iyon bataryalı elektrikli aracı resmi olarak kullanıcılara teslim edildi. Yeni otomobil 252 kilometreye kadar menzile sahip ve 32.140 adet sodyum iyon silindirik pille donatılıyor. Hücre teknik rotayı benimser"oksit sert karbon gibi bakır bazlı"Monomer kapasitesi 12Ah, enerji yoğunluğu 140Wh/kg'dan fazladır ve yüksek güvenlik, yüksek enerji yoğunluğu ve iyi düşük sıcaklık performansı avantajlarına sahiptir. Son yıllarda, Ningde Times, Sodyum Enerji ve diğer yerli şirketler de sodyum iyon pil endüstrisinin düzenini hızlandırdı, şimdi küçük seri üretim ve performans değerlendirmesi gerçekleştirdi, sodyum akülü tramvayın geliştirilmesinin ilk yılını 2019'da açması bekleniyor. 24 yıl.
Sodyum iyon ve lityum iyon pil
Sodyum iyon pillerin, benzersiz avantajları nedeniyle büyük ölçekli ticari uygulamalar için başka bir ikincil pil teknolojisi olması bekleniyor. Lityum iyon pillerle karşılaştırıldığında, sodyum iyonları daha güçlü bir solvasyon etkileşim kapasitesine ve daha küçük bir stok yarıçapına sahiptir; bu da düşük konsantrasyonlu sodyum iyon elektrolit çözümlerinin daha yüksek iyonik iletkenlik elde etmesini sağlar. Sodyum ve lityum aynı ana bitişik element grubuna ait olduğundan, kimyasal özellikler bakımından ikisi arasında büyük bir benzerlik vardır, bu nedenle sodyum iyon pillerin çalışma prensibi lityum iyon pillerinkine benzer."salıncaklı koltuk"mekanizma. Sodyum iyon pili pozitif elektrot, negatif elektrot, diyafram, elektrolit ve sıvı toplayıcıdan oluşur. Şarj ve deşarj işlemi, sodyum iyonunun pozitif ve negatif elektrot malzemeleri arasına tersinir şekilde gömülmesi ve çıkarılmasıyla gerçekleştirilir. Şarj işleminde, sodyum iyonları pozitif elektrottan çıkarılır ve NA açısından fakir bir pozitif elektrot ve Na açısından zengin bir negatif elektrot oluşturmak üzere negatif elektrotun içine gömülür. Deşarj işleminde, şarj ve deşarj dengesini sağlamak için sodyum iyonları negatif elektrottan pozitif elektrota ters olarak gömülür. Elektronlar, sodyum iyonlarının göçüyle yük dengesini koruyarak dış devrede aktarılır. Sodyum iyon pillerin özellikleri nedeniyle, sanayileştirilmesi daha kolay olan ve gelecekte geniş pazar beklentilerine sahip olan lityum iyon pil üretim ekipmanlarıyla uyumludurlar.
Enerji yoğunluğu açısından, bir sodyum iyon pilin hücresi genellikle 105-150wh/kg aralığındadır. Lityum-iyon pil hücrelerinin enerji yoğunluğu genellikle 190wh/kg'ı aşıyor ve yüksek Ni içeriğine sahip bazı üçlü sistemler 230wh/kg'ı bile aşıyor. Mevcut sodyum iyon pil henüz üçlü lityum pil ile karşılaştırılamasa da, 120-200wh/kg lityum demir fosfat pil ve 35-45wh/kg kurşun asit pil ile karşılaştırıldığında, sodyum iyon pilin belirli bir rekabet gücü vardır. . Çalışma sıcaklığı aralığı ve güvenlik açısından sodyum iyon pillerin belirgin avantajları vardır. Çalışma sıcaklığı aralığı -@ u2103-� u2103 iken, üçlü lityum iyon pillerin çalışma aralığı genellikle - u2103 ~ ` u2103'tür. 0 ° C'nin altındaki bir ortamda lityum pillerin performansı etkilenecektir. Buna karşılık, sodyum iyon piller -20 ° C'de hala �'den fazla SOC tutma elde edebilir. Ayrıca, sodyum iyon pillerin büyük iç direnci nedeniyle ısıtılmaları kolay değildir, bu nedenle daha yüksek güvenlik gösterirler. termal kaçak açısından. Şarj hızı açısından, sodyum iyon piller yalnızca 10 dakikada tamamen şarj edilebilirken, üçlü lityum piller en az 40 dakika, lityum demir fosfat ise 45 dakika şarj edilebilir. Genel olarak, enerji yoğunluğu lityum-iyon pillerle rekabet edemese de, sodyum-iyon piller, düşük sıcaklık stabilitesi ve şarj hızı açısından mevcut yeni enerjili araçların iki önemli sıkıntı noktasını iyi bir şekilde çözebilir ve hala dikkate alınan seçeneklerden biridir. büyük otomobil şirketleri.
Sodyum iyon piller için katmanlı oksitin teknik yolunun kısa bir analizi
Katot malzemesi - katmanlı geçiş metali oksit
Sodyum iyon katmanlı geçiş metali oksitleri genellikle NaxMO2 olarak ifade edilir; burada M, Mn, Ni, Cu, Fe, Co vb. gibi bir geçiş metali elementidir. Çalışma, NaxMO2'nin düzeninin O-tipi ve ikiye bölünebileceğini göstermektedir. P tipi ve yapı şeması aşağıdaki gibidir. Bu geçiş metali oksidin katmanlı yapısı, yalnızca sodyum iyonunun gömülmesi ve çıkarılması için kanallar sağlamakla kalmaz, aynı zamanda MO6 oktahedral yapısını kullanarak genel yapının stabilitesini de arttırır. Bu nedenle, malzeme mükemmel elektrokimyasal performansa sahiptir ve şu anda sodyum iyon pilleri için ana pozitif elektrot malzemesidir. Aynı zamanda malzemenin elektrolit teknolojisi ile yüksek bir korelasyonu vardır.
Kuprik oksit katot malzemesi CuFeo2, oda sıcaklığında sodyum iyon piller için uygundur. Bakır bazlı malzeme 220 mAh/g tersinir kapasite sergiliyor ve elektrokimyasal reaksiyon mekanizması temel olarak Cu2 /Cu 'nın REDOX reaksiyonunu içeriyor. CuFeo2'nin çalışma voltajı 2,4V'a ulaşabilir ve iyi bir döngü stabilitesine sahiptir. Bu malzeme düşük maliyet, mükemmel performans ve çevre dostu olma özelliklerine sahiptir ve belli bir beklenti göstermiştir.
Negatif elektrot malzemesi - karbon bazlı malzeme
Sodyum iyon piller için karbon bazlı malzemeler, titanyum bazlı malzemeler, alaşımlı malzemeler ve organik malzemeler dahil olmak üzere birçok çeşit anot malzemesi vardır. Bunlar arasında karbon bazlı malzemeler, bulunabilirliği ve düşük maliyeti nedeniyle en umut verici aday malzemeler olarak kabul ediliyor. Karbon bazlı malzemeler temel olarak iki kategoriye ayrılır: kristal karbon ve amorf karbon, kristal karbon esas olarak doğal grafit ve yapay grafit, bunlar lityum iyon piller için ana negatif elektrot malzemeleridir. Bununla birlikte, sodyum iyon pilinin negatif elektrodu olarak grafit kullanıldığında, sodyum iyonlarının gömülmesi sağlanamaz, bu da pratik uygulamaların ihtiyaçlarını karşılayamayacak kadar düşük spesifik kapasiteye neden olur. Amorf karbon malzemeleri esas olarak sert karbon ve yumuşak karbon içerir. Sert karbon, yüksek başlangıç deşarj kapasitesi, iyi hız performansı ve yapısal kararlılık gösterir ve iyi elektrokimyasal performans avantajlarına sahiptir ve şu anda negatif elektrot malzemelerinin ilk tercihidir. Yumuşak karbonun maliyeti düşük, elektrokimyasal aktivitesi yüksek ve tersinir kapasitesi yüksek olmasına rağmen özgül kapasitesi düşüktür ve hacim genleşmesi probleminin çözülmesi gerekmektedir. Bol kaynak, düşük maliyet, yapısal çeşitlilik ve mükemmel elektrokimyasal performans gibi kapsamlı avantajlar nedeniyle, amorf karbon malzemeler genellikle endüstrideki sodyum iyon pilleri için en umut verici anot malzemelerinden biri olarak kabul edilir.
Sert karbon, çeşitli öncül sistemlerle hazırlanabilir ve öncül farkı, son sert karbonun mikroskobik morfolojisini ve kusur derecesini etkileyecek ve ardından elektrokimyasal performansını etkileyecektir.
Elektrolit
Pozitif ve negatif elektrot malzemelerinin yanı sıra elektrolit de vazgeçilmez bir reaksiyon ortamıdır. Sodyum iyon akü elektroliti esas olarak üç bölümden oluşur: sodyum tuzu, solvent ve katkı maddesi. Sodyum tuzu, pilin şarj-deşarj performansını ve ömrünü doğrudan etkileyen elektrolit içerisinde önemli bir rol oynar. Pilin kararlı çalışmasını sağlamak için sodyum tuzunun iyi bir elektrokimyasal stabiliteye sahip olması ve elektrot malzemesiyle yan reaksiyonlara girmemesi gerekir. İdeal olarak, sodyum tuzları seçilen solvent sisteminde tamamen çözünebilmeli ve elektrokimyasal olarak aktif sodyum iyonları üretebilmeli, böylece elektrolit içinde serbestçe hareket edebilmeli ve tersinir reaksiyonlar için elektrot yüzeyine hızla ulaşabilmelidir. Ayrıca, yüksek kaliteli sodyum tuzu, pilin güvenliğini artırmak için diğer pil bileşenleriyle yan reaksiyonları da en aza indirmelidir.
Gelecekteki gelişme beklentisi
Sodyum-iyon piller, maliyet açısından lityum-iyon pillere göre avantajlara sahip olsa da, enerji yoğunluğunda bariz eksiklikler mevcut olup, halihazırda ağırlıklı olarak düşük pil ömrü gereksinimi ve yüksek maliyet hassasiyeti olan küçük mini araçlarda taşınmaktadır. Son yıllarda yeni enerji araçlarının patlayıcı gelişmesiyle birlikte, lityum iyon kaynakları giderek azalıyor ve sodyum iyon pil teknolojisinin altın bir gelişme dönemini başlatacağı tahmin edilebilir. Malzemeler, elektrokimyasal performans, güvenlik ve diğer yönlerdeki sürekli atılımlarla birlikte sodyum iyon pillerin sanayileşmesi de hızlanıyor; mevcut küçük ve mikro elektrikli araçlara ek olarak geleceğin plug-in hibritte de taşınması bekleniyor. Araç fiyatları daha da aşağı çekilecek.
