Притяжение На

По мнению IDTechEx, привлекательность на-ионных аккумуляторов заключается в их составе, а не в их характеристиках.

Натрий-ион, вероятно, является наиболее известным химическим составом металл-ионных аккумуляторов, помимо литий-ионных, и работает в том же «кресле-качалке» (когда щелочной ион перемещается от неметаллического анода к катоду во время разряда и наоборот во время зарядки). ) принцип обратимой интеркаляции катионов на положительном и отрицательном электроде.

Материалы также могут быть похожи на литий-ионные, с оксидами металлов, часто используемыми в качестве катода, и материалами на основе углерода в качестве анода. Однако углерод не может быть в форме графита, поскольку размер Na+ слишком велик для интеркаляции, и в действительности выбор материалов может значительно отличаться от химического состава литий-ионных материалов.

Диверсифицированный катодный подход

Три основных семейства катодных материалов — это слоистые оксиды металлов, полианионные соединения и аналоги берлинской лазури (ПБА). Слоистые оксиды переходных металлов имеют двумерную слоистую структуру, которая обеспечивает обратимое внедрение натрия.

Большим преимуществом этих соединений является их низкая молекулярная масса, что приводит к высокой теоретической удельной емкости. Однако, помимо наличия умеренного окислительно-восстановительного потенциала, они подвергаются множественным фазовым переходам во время удаления/введения ионов натрия, что приводит к структурной нестабильности во время заряда/разряда, особенно при высоких напряжениях, что приводит к низкой цикличности.

Благодаря высокой стабильности и быстрой подвижности ионов в структурном каркасе полианионные материалы интенсивно изучаются как перспективные катодные материалы для натрий-ионных аккумуляторов. Хотя эти материалы обычно имеют меньшую емкость, чем слоистые оксиды (обычно из-за их более высокой молекулярной массы) и низкую электронную проводимость, они считаются очень привлекательными из-за более высокого напряжения и структурной стабильности.

Третье семейство, представляющее интерес, — это аналоги берлинской лазури (ПБА). Они имеют трехмерную структуру с большими каналами, через которые ионы натрия могут быстро диффундировать. Кроме того, они состоят из обильных, дешевых и нетоксичных элементов. Дополнительным преимуществом ПБА является простота синтеза. Их основным недостатком является низкая плотность, что приводит к низкой объемной плотности энергии по сравнению со слоистыми оксидами.

Как и литий-ионные аккумуляторы, каждое семейство катодных материалов имеет свои преимущества и недостатки (например, с точки зрения электрохимических характеристик, устойчивости, стоимости и т. д.). Учитывая этот сценарий, не существует единой выигрышной химии. Более вероятно, что несколько катодов Na будут сосуществовать, чтобы удовлетворить широкие требования, возникающие в результате широкого рынка для различных приложений.

Отчет IDTechEx «Натрий-ионные аккумуляторы 2023-2033: технологии, игроки, рынки и прогнозы» освещает промышленные разработки на рынке натрий-ионных аккумуляторов и содержит патентный анализ ключевых химических элементов.

Действительно ли натрий-ионные аккумуляторы экологичны?

Одним из ключевых преимуществ натрий-ионной батареи является то, что она использует экологически чистые материалы. Натрий широко доступен, и можно избежать проблемных материалов, таких как кобальт.

Хотя в катодных материалах с меньшей вероятностью будет использоваться кобальт, в них все же можно использовать относительно дорогие материалы, такие как ванадий. По сравнению с литий-ионным аккумулятором Na-ion можно позиционировать как более экологичный из-за использования натрия вместо лития – это было бы чрезмерным упрощением, учитывая, что литий составляет лишь небольшой процент литий-ионного элемента.

Натрий-ионные элементы могут использовать и используют в своих электродах недорогие материалы, но это также может быть справедливо и для литий-ионных элементов с катодами на основе LFP или марганца. Возможность использования алюминия в качестве коллектора как отрицательного, так и положительного тока потенциально может обеспечить экономию средств. Выбор материала электродов также имеет ключевое значение в этом отношении, поскольку могут использоваться как дорогие, так и дешевые материалы.

Возможности действительно существуют из-за потенциальной нехватки поставок лития в среднесрочной перспективе, учитывая отсутствие необходимых инвестиций в добычу сырья.