Sfondo

Le batterie agli ioni di litio sono state ampiamente utilizzate come batterie ricaricabili sin dagli anni '90 grazie alla loro elevata capacità reversibile e stabilità del ciclo. Con il sostanziale aumento del prezzo del litio e la crescente domanda di litio e di altri componenti di base delle batterie agli ioni di litio, la crescente carenza di materie prime a monte per le batterie al litio ci sta costringendo a esplorare nuovi e più economici sistemi elettrochimici basati su elementi abbondanti esistenti . Le batterie agli ioni di sodio a basso costo sono l’opzione migliore. La batteria agli ioni di sodio è stata quasi scoperta insieme alla batteria agli ioni di litio, ma a causa del suo ampio raggio ionico e della bassa capacità, le persone sono più propense a studiare l’elettricità al litio e la ricerca sulla batteria agli ioni di sodio è quasi bloccata. Con la rapida crescita dei veicoli elettrici e dell'industria dello stoccaggio dell'energia negli ultimi anni, la batteria agli ioni di sodio, proposta contemporaneamente alla batteria agli ioni di litio, ha nuovamente attratto le persone's attenzione.

Litio, sodio e potassio sono tutti metalli alcalini nella tavola periodica degli elementi. Hanno proprietà fisiche e chimiche simili e in teoria possono essere utilizzati come materiali secondari per batterie. Le risorse di sodio sono molto ricche, ampiamente distribuite nella crosta terrestre e semplici da estrarre. Come sostituto del litio, il sodio è stato oggetto di sempre maggiore attenzione nel campo delle batterie. La batteriaproduttoresstrapazzareper lanciare il percorso tecnologico delle batterie agli ioni di sodio.Pareri orientativi sull'accelerazione dello sviluppo di nuovi sistemi di stoccaggio dell'energia, Piano di Innovazione Scientifica e Tecnologica in Campo Energetico nel XIV Piano Quinquennale, EPiano di attuazione per lo sviluppo di nuovi sistemi di stoccaggio energetico nel XIV Piano Quinquennaleemesse dalla Commissione nazionale per lo sviluppo e la riforma e dall’Amministrazione nazionale per l’energia hanno menzionato lo sviluppo di una nuova generazione di tecnologie di stoccaggio dell’energia ad alte prestazioni come le batterie agli ioni di sodio. Anche il Ministero dell’Industria e dell’Informazione (MIIT) ha promosso nuove batterie, come le batterie agli ioni di sodio, come zavorra per lo sviluppo della nuova industria energetica. Sono in lavorazione anche gli standard industriali per le batterie agli ioni di sodio. Si prevede che man mano che l’industria aumenta gli investimenti, la tecnologia diventa matura e la catena industriale viene gradualmente migliorata, si prevede che le batterie agli ioni di sodio con prestazioni ad alto costo occuperanno parte del mercato delle batterie agli ioni di litio.

Batteria agli ioni di sodio contro batteria agli ioni di litio

• L'elettrodo negativo al carbonio della batteria agli ioni di sodio ha un costo inferiore e uno spazio di modifica più ampio rispetto a quello della grafite.
• Il foglio di alluminio può essere utilizzato come collettore di corrente per l'elettrodo positivo e negativo delle batterie agli ioni di sodio. Le batterie agli ioni di litio hanno un basso potenziale negativo e devono utilizzare un foglio di rame che non sia corroso. Le batterie agli ioni di sodio, d'altra parte, hanno un potenziale negativo elevato, quindi non si legano al sodio. Il foglio di alluminio ha un peso e un costo inferiori rispetto al foglio di rame.
• Nell'elettrolita, la solubilità di Na⁺ è circa il 30% inferiore a quello del Li⁺. Il tasso di dissoluzione è elevato e la resistenza al trasferimento di carica sull'interfaccia elettrodo-elettrolita è ridotta, il che garantisce una migliore dinamica dell'elettrodo. Pertanto, la velocità di scarico della carica di ioni di sodio è elevata sia ad alta che a bassa temperatura, e le prestazioni a bassa temperatura sono eccellenti e possono essere caricate rapidamente.
• Le batterie agli ioni di sodio hanno una scelta più ampia di materiali per elettrodi positivi. Quasi tutti gli elementi metallici di transizione nella prima riga della tavola periodica possono essere utilizzati nelle batterie agli ioni di sodio. Ciò è dovuto alla grande differenza dimensionale tra Na⁺ (raggio 0,102 nm) e ioni di metalli di transizione (raggio 0,05-0,07 nm), che favorisce la loro separazione.
• La resistenza interna di una batteria agli ioni di sodio è superiore a quella di una batteria agli ioni di litio. In caso di cortocircuito, il calore istantaneo è inferiore, l'aumento di temperatura è più lento e la temperatura di fuga termica è superiore a quella di una batteria al litio, quindi una batteria agli ioni di sodio è più sicura.
• L'ampio raggio degli ioni di sodio può portare alla rottura del materiale quando viene rimosso dal materiale dell'elettrodo, influenzando così le prestazioni cinetiche complessive della batteria e l'integrità dell'elettrodo.
• Il sodio ha un potenziale dell’elettrodo standard molto più elevato (0,33 V superiore a quello del litio), che si traduce in una densità di energia inferiore e rende difficile competere con le batterie agli ioni di litio nel settore energetico.

Ultimi progressi della ricerca

Negli ultimi anni, la ricerca sulle batterie agli ioni di sodio comprende materiale catodico avanzato privo di cobalto per batterie agli ioni di sodio, solfato polianionico a basso costo per l'elettrodo positivo delle batterie agli ioni di sodio, composti nano-pb utilizzati nell'elettrodo positivo delle batterie agli ioni di sodio -batterie agli ioni, ricerca di base sui materiali anodici organici per batterie agli ioni di sodio per potenziali applicazioni commerciali, ossidi e solfuri metallici a base di stagno utilizzati come materiali anodici per batterie agli ioni di sodio, nanoingegneria di materiali di carbonio avanzati nelle batterie agli ioni di sodio e applicazione di caratterizzazioni avanzate in situ nello studio di batterie agli ioni di sodio. In generale, è ancora un punto caldo della ricerca ottenere materiali per elettrodi positivi e negativi ad alte prestazioni dagli aspetti di ottimizzazione dei mezzi di modifica, miglioramento dei metodi di preparazione ed esplorazione del meccanismo di stoccaggio del sodio per migliorare la competitività complessiva delle batterie agli ioni di sodio.