พื้นหลัง

แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในฐานะแบตเตอรี่แบบชาร์จไฟได้นับตั้งแต่ช่วงปี 1990 เนื่องจากมีความจุที่สามารถพลิกกลับได้สูงและมีเสถียรภาพของวงจร ด้วยราคาลิเธียมที่เพิ่มขึ้นอย่างมากและความต้องการลิเธียมและส่วนประกอบพื้นฐานอื่นๆ ของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่เพิ่มขึ้น การขาดแคลนวัตถุดิบต้นน้ำสำหรับแบตเตอรี่ลิเธียมที่เพิ่มขึ้นกำลังบังคับให้เราต้องสำรวจระบบเคมีไฟฟ้าใหม่และราคาถูกกว่าโดยอาศัยองค์ประกอบที่มีอยู่มากมายที่มีอยู่ . แบตเตอรี่โซเดียมไอออนราคาประหยัดคือตัวเลือกที่ดีที่สุด แบตเตอรี่โซเดียมไอออนเกือบจะถูกค้นพบพร้อมกับแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน แต่เนื่องจากมีรัศมีไอออนขนาดใหญ่และความจุต่ำ ผู้คนจึงมีแนวโน้มที่จะศึกษาไฟฟ้าลิเธียมมากขึ้น และการวิจัยเกี่ยวกับแบตเตอรี่โซเดียมไอออนก็เกือบจะหยุดชะงัก ด้วยการเติบโตอย่างรวดเร็วของยานพาหนะไฟฟ้าและอุตสาหกรรมการจัดเก็บพลังงานในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา แบตเตอรี่โซเดียมไอออน ซึ่งได้รับการเสนอพร้อมกับแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน ได้ดึงดูดผู้คนอีกครั้ง-ความสนใจ

ลิเธียม โซเดียม และโพแทสเซียมล้วนเป็นโลหะอัลคาไลในตารางธาตุ มีคุณสมบัติทางกายภาพและเคมีคล้ายคลึงกัน และสามารถใช้เป็นวัสดุแบตเตอรี่สำรองในทางทฤษฎีได้ แหล่งโซเดียมมีมากมาย มีกระจายอยู่ทั่วไปในเปลือกโลกและสกัดได้ง่าย โซเดียมได้รับความสนใจในด้านแบตเตอรี่มากขึ้นเรื่อยๆ เพื่อทดแทนลิเธียม แบตเตอรี่ผู้ผลิตsช่วงชิงเพื่อเปิดเส้นทางเทคโนโลยีแบตเตอรี่โซเดียมไอออนความเห็นชี้แนะในการเร่งพัฒนาแหล่งกักเก็บพลังงานใหม่, แผนนวัตกรรมทางวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีด้านพลังงานในช่วงแผนห้าปีที่ 14, และแผนปฏิบัติการเพื่อการพัฒนาแหล่งกักเก็บพลังงานใหม่ในช่วงแผนห้าปีที่ 14ที่ออกโดยคณะกรรมการพัฒนาและปฏิรูปแห่งชาติและสำนักงานบริหารพลังงานแห่งชาติได้กล่าวถึงการพัฒนาเทคโนโลยีการจัดเก็บพลังงานประสิทธิภาพสูงรุ่นใหม่เช่นแบตเตอรี่โซเดียมไอออน กระทรวงอุตสาหกรรมและเทคโนโลยีสารสนเทศ (MIIT) ยังได้ส่งเสริมแบตเตอรี่ใหม่ เช่น แบตเตอรี่โซเดียมไอออน เพื่อเป็นบัลลาสต์สำหรับการพัฒนาอุตสาหกรรมพลังงานใหม่ มาตรฐานอุตสาหกรรมสำหรับแบตเตอรี่โซเดียมไอออนก็อยู่ในระหว่างดำเนินการเช่นกัน คาดว่าเมื่ออุตสาหกรรมเพิ่มการลงทุน เทคโนโลยีจะเติบโตเต็มที่และห่วงโซ่อุตสาหกรรมจะค่อยๆ ดีขึ้น แบตเตอรี่โซเดียมไอออนที่มีประสิทธิภาพด้านต้นทุนสูงคาดว่าจะครอบครองส่วนหนึ่งของตลาดแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน

แบตเตอรี่โซเดียมไอออนกับแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน

• อิเล็กโทรดคาร์บอนลบของแบตเตอรี่โซเดียมไอออนมีต้นทุนที่ต่ำกว่าและพื้นที่การปรับเปลี่ยนที่ใหญ่กว่าของกราไฟท์
• อลูมิเนียมฟอยล์สามารถใช้เป็นตัวสะสมกระแสไฟฟ้าสำหรับขั้วบวกและขั้วลบของแบตเตอรี่โซเดียมไอออน แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนมีประจุลบต่ำ และต้องใช้ฟอยล์ทองแดงที่ไม่สึกกร่อน ในทางกลับกัน แบตเตอรี่โซเดียมไอออนมีศักยภาพเป็นลบสูง จึงไม่เจือปนกับโซเดียม อลูมิเนียมฟอยล์มีน้ำหนักและราคาต่ำกว่าฟอยล์ทองแดง
• ในอิเล็กโทรไลต์ ความสามารถในการละลายของ Na⁺ ต่ำกว่าของ Li ประมาณ 30%⁺- อัตราการละลายอยู่ในระดับสูง และความต้านทานการถ่ายโอนประจุที่ส่วนต่อประสานระหว่างอิเล็กโทรดกับอิเล็กโทรไลต์มีขนาดเล็ก ซึ่งให้ไดนามิกของอิเล็กโทรดดีขึ้น ดังนั้นอัตราการคายประจุของโซเดียมไอออนจึงสูงที่อุณหภูมิสูงและอุณหภูมิต่ำ และประสิทธิภาพที่อุณหภูมิต่ำก็ยอดเยี่ยมและสามารถชาร์จได้อย่างรวดเร็ว
• แบตเตอรี่โซเดียมไอออนมีตัวเลือกวัสดุอิเล็กโทรดเชิงบวกให้เลือกหลากหลายกว่า ธาตุโลหะทรานซิชันเกือบทั้งหมดในแถวแรกของตารางธาตุสามารถใช้ในแบตเตอรี่โซเดียมไอออนได้ นี่เป็นเพราะความแตกต่างขนาดใหญ่ระหว่าง Na⁺ (รัศมี 0.102 นาโนเมตร) และไอออนของโลหะทรานซิชัน (รัศมี 0.05-0.07 นาโนเมตร) ซึ่งเอื้อต่อการแยกตัว
• ความต้านทานภายในของแบตเตอรี่โซเดียมไอออนสูงกว่าความต้านทานภายในของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน ในกรณีไฟฟ้าลัดวงจร ความร้อนทันทีจะน้อยลง อุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นจะช้าลง และอุณหภูมิความร้อนที่ควบคุมไม่ได้จะสูงกว่าแบตเตอรี่ลิเธียม ดังนั้นแบตเตอรี่โซเดียมไอออนจึงปลอดภัยกว่า
• รัศมีขนาดใหญ่ของโซเดียมไอออนอาจทำให้วัสดุแตกเมื่อถอดออกจากวัสดุอิเล็กโทรด ซึ่งส่งผลต่อประสิทธิภาพจลน์โดยรวมของแบตเตอรี่และความสมบูรณ์ของอิเล็กโทรด
• โซเดียมมีศักยภาพของอิเล็กโทรดมาตรฐานที่สูงกว่ามาก (สูงกว่าลิเธียม 0.33V) ส่งผลให้ความหนาแน่นของพลังงานลดลง และทำให้ยากต่อการแข่งขันกับแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนในภาคพลังงาน

ความคืบหน้าการวิจัยล่าสุด

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา การวิจัยเกี่ยวกับแบตเตอรี่โซเดียม-ไอออนประกอบด้วยวัสดุแคโทดที่ปราศจากโคบอลต์ขั้นสูงสำหรับแบตเตอรี่โซเดียม-ไอออน, โพลีแอนไอออนิกซัลเฟตต้นทุนต่ำสำหรับอิเล็กโทรดบวกของแบตเตอรี่โซเดียม-ไอออน, สารประกอบนาโน-pb ที่ใช้ในอิเล็กโทรดบวกของโซเดียม -แบตเตอรี่ไอออน การวิจัยพื้นฐานเกี่ยวกับวัสดุแอโนดอินทรีย์สำหรับแบตเตอรี่โซเดียมไอออนสู่การใช้งานเชิงพาณิชย์ ออกไซด์และซัลไฟด์ของโลหะที่มีดีบุกเป็นส่วนประกอบหลักที่ใช้เป็นวัสดุแอโนดสำหรับแบตเตอรี่โซเดียมไอออน วิศวกรรมนาโนของวัสดุคาร์บอนขั้นสูงใน แบตเตอรี่โซเดียมไอออน และการประยุกต์ใช้คุณลักษณะขั้นสูงในแหล่งกำเนิดในการศึกษาแบตเตอรี่โซเดียมไอออน โดยทั่วไป ยังคงเป็นจุดสนใจในการวิจัยเพื่อให้ได้วัสดุอิเล็กโทรดเชิงบวกและเชิงลบที่มีประสิทธิภาพสูงจากแง่มุมของการเพิ่มประสิทธิภาพวิธีการดัดแปลง การปรับปรุงวิธีการเตรียมการ และการสำรวจกลไกการจัดเก็บโซเดียมเพื่อปรับปรุงความสามารถในการแข่งขันโดยรวมของแบตเตอรี่โซเดียมไอออน