Будущее натрийно-ионных батарей: возможности и проблемы

Будущее натрийно-ионных батарей: возможности и проблемы

С быстрым развитием технологии и значительным улучшением людей#39; уровень жизни, электронные продукты глубоко проникли в людей#39. Повседневная жизнь. От портативных смарт-устройств до крупных электрических транспортных средств, все демонстрируют мощную силу технологии. Бесперебойная работа этих высокотехнологичных устройств неотделима от эффективной и стабильной аккумуляторной технологии как источника энергии. Среди них, с момента коммерциализации ионно-литиевых батарей в 1991 году, они быстро заняли центральное место в области компьютеров, связи, сетей и потребительской электроники (4с) с их отличной производительностью, и показали сильную тенденцию роста в области электромобилей.

Однако, как глобальный рынок хранения энергии#39; спрос на вторичные батареи продолжает расти, ионно-литиевые батареи сталкиваются с проблемами ограниченности литиевых ресурсов и неравномерного распределения, что ограничивает их дальнейшее расширение во многих областях. Таким образом, изучение и разработка новых технологий хранения энергии стало общей и неотложной потребностью отрасли.

Преимущества натрийно-ионных батарей

В этом контексте на сцену постепенно выходят натрийно-ионные батареи, обладающие такими преимуществами, как богатые ресурсы, низкие производственные издержки и превосходные комплексные характеристики, что обеспечивает практически осуществимое решение для устранения противоречий между спросом и предложением, вызванных нехваткой литиевых ресурсов. Ожидается, что в качестве эффективного дополнения к ионно-литиевым батареям ионно-натриевые батареи будут играть ключевую роль в новых областях хранения энергии, содействовать диверсифицированному развитию технологий хранения энергии и способствовать созданию более экологичной и устойчивой энергетической системы. Ожидается, что в будущем по мере постоянного совершенствования технологии и дальнейшего снижения затрат ионно-натриевые батареи будут широко использоваться во многих областях и откроют новую главу в технологии хранения энергии.

Что такое натрийно-ионные батареи?

Еще до того, как ученые официально исследовали ионы натрия как средство передачи и хранения электроэнергии, французский писатель жюль верн предвидел потенциальную форму ионно-натриевых батарей с его развитым воображением в 1870 научно-фантастический роман "двадцать тысяч лиг под водой". В книге он задумался об использовании океана как бесконечного источника натрия для достижения устойчивого энергетического цикла. Хотя эта вымышленная сцена является литературным произведением, она совпадает с траекторией развития будущей технологии.

С тех пор как Ford Company в США разработала высокотемпературные натрийно-серные батареи в 1968 году, разработка натрийно-ионных батарей прошла через повороты и повороты, но никогда не останавливалась. В 2003 году компания NGK в японии успешно осуществила коммерциализацию высокотемпературных натрийно-серных батарей, что ознаменовало собой значительный скачек в технологии натрийно-ионных батарей. К 2018 году, мир ' вышел первый низкоскоростной электромобил, оснащенный натрийно-ионными батареями, что позволило вывести эту передовую технологию из лаборатории на общественное обозренение и официально внедрить ее в человеческую среду#39. Повседневная жизнь.

В настоящее время натрийно-ионные батареи, являющиеся важной вторичной батареей, имеют рабочий принцип, аналогичный принципу литий-ионных батарей. Ионы натрия перемещаются туда и обратно между позитивными и отрицательными электродами для реализации хранения и высвобождения электрической энергии. Этот механизм показывает научное очарование натрийно-ионных батарей, а также указывает на широкие перспективы их применения в будущем в области хранения энергии.

Возможности для натрийно-ионных батарей

По сравнению с литий-ионными батареями натрийно-ионные батареи имеют значительные преимущества:

• В изобилии ресурсовНатрий является шестым по обилию элементом в земле и#39;s корки, с равномерным распределением ресурсов и низкой стоимостью.

• Совместимость с производствомНатрийно-ионные батареи имеют принципы работы, аналогичные литий-ионным батареям, и производственные процессы и оборудование могут быть совместимы.

• Отличные показатели работыНатриевые батареи имеют более высокую ионную проводимость и более низкую энергию соления.

• Широкий диапазон рабочих температур: натрийно-ионные батареи могут нормально работать в температурном диапазоне от -40 до 80 градусов, а скорость удержания мощности превышает 90% при -20 градусов.

• Высокий уровень безопасности: натрийно-ионные батареи не воспламеняются и не взрываются при перезарядке, переразрядке, короткого замыкания, сбрасывании и давлении и могут разряжаться до 0 вольт.

• Преимущества с точки зрения затрат: цена карбоната натрия значительно ниже, чем цена карбоната лития, и как положительные, так и отрицательные электроды натриевых батарей используют алюминиевую пленку, что еще больше снижает производственные издержки.

Проблемы, связанные с натрийно-ионными батареями

Хотя натрийно-ионные батареи имеют много преимуществ, они по-прежнему сталкиваются с рядом проблем на пути к полной коммерциализации:

• Недостаточная плотность энергии: увеличение атомной массы натрия приводит к снижению плотности энергии по массе и объемам энергии ионно-натриевых батарей по сравнению с ионно-литиевыми батареями. Чтобы восполнить этот недостаток, необходимо повысить производительность аккумуляторов за счет новаторской конструкции системы материалов.

• Низкая эффективность циклаПродолжительность цикла натрийно-ионных батарей составляет около 1500 раз, что значительно ниже, чем у литий-железофосфатных батарей и тернарных литиевых батарей. Для применения в области хранения энергии время цикла необходимо увеличить до десятков тысяч раз.

• Вопросы безопасности: хотя ионно-натриевые батареи имеют определенные преимущества в плане безопасности, электролит является легковоспламеняющимся, а рост дендритов натрия на негативном электроде может привести к короткому замыканию. Поэтому для повышения безопасности аккумуляторов необходимо усовершенствовать негативные электродные материалы и электролиты.

• Преимущества с точки зрения затрат не в полной мере проявляютсяХотя натрийно-ионные батареи имеют преимущество с точки зрения затрат на материалы, их промышленность еще не созрела. По сравнению с литий-железофосфатными батареями с более низкими издержками, преимущества затрат на натрийно-ионные батареи отражены не полностью.

В процессе производства натрийно-ионных батарей циркониевые бусины (бусины ZrO2) играют решающую роль в качестве важного измельчительного средства. Благодаря своим превосходным физическим и химическим свойствам циркониевые бусины широко используются в процессе подготовки ионно-натриевых аккумуляторных материалов.

1. Характеристики транспортного средстваЦиркониевые бусины

Высокая твердость и твердость: циркониевые бусины имеют очень высокую твердость и твердость, и могут поддерживать свою форму и размер стабильность, не будучи легко сломлены в высокоэнергетической шлифовальной среде. Это позволяет сохранять стабильный эффект шлифования во время длительных процессов шлифования.

Высокая износостойкость: циркониевые бусины имеют отличную износостойкость и не будут легко изнашиваться или деформироваться, тем самым продлевая срок службы шлифовального оборудования и снижая производственные затраты.

Хорошая химическая стабильность: циркониевые бусины демонстрируют чрезвычайно высокую химическую устойчивость кислот, щелочей и других химических веществ и не вступают в реакцию с шлифовальными материалами, обеспечивая чистоту и производительность натрийно-ионных аккумуляторных материалов.

Высокая плотность: плотность циркониевых бусин относительно высока. В процессе шлифования он может обеспечить более высокую передачу энергии и повысить эффективность шлифования материалов, помогая получать более тонкие и однородные частицы.

Роль организации объединенных нацийЦиркониевые бусиныПри производстве натрийно-ионных аккумуляторов

В процессе производства натрийно-ионных батарей решающее значение имеет подготовка электродных материалов. Размер частиц, однородность и поверхностные характеристики электродных материалов непосредственно влияют на характеристики аккумуляторов, такие как плотность энергии, срок службы и безопасность.

Уточнение и гомогенизация электродных материаловЦиркониевые бусины могут эффективно измельчать частицы электродных материалов до уровня нанометра посредством высокоэнергетического шлифования, тем самым увеличивая площадь поверхности и реакционную активность материалов. Равномерное распределение частиц по размеру позволяет оптимизировать электрохимические характеристики батареи и повысить скорость миграции ионов натрия в батарее, а также ее постоянство.

Изменение поверхности материалаВ процессе шлифования циркониевые бусины могут эффективно изменять поверхность материала и улучшать его характеристики. Эта модификация может не только улучшить электрохимическую реакционную активность материала, но и повысить его совместимость с электролитом, тем самым улучшив общие характеристики батареи.

Повышение безопасности аккумуляторов: циркониевые бусины могут избежать проблем безопасности аккумуляторов, вызванных снижением чистоты материала в процессе шлифования. Материалы с высокой чистотой электрода сокращают ненужные примесей, тем самым снижая риски безопасности при использовании аккумуляторов, такие как короткое замыкание или термический расход.

Iii. Выводы и рекомендации

Натрийно-ионные батареи имеют широкие перспективы применения и, как ожидается, станут мощным дополнением к литий-ионным батареям и принесут больше удобства для людей#39; с жизни. Вместе с тем для обеспечения широкой коммерциализации натрийно-ионных батарей предстоит решить еще много проблем. С точки зрения прикладных исследований необходимо продолжить оптимизацию процессов производства и сборки компонентов аккумуляторов. Что еще более важно, необходимо посвятить себя фундаментальным исследованиям и обнаружить и понять термодинамические и кинетические процессы, которые контролируют химию этих систем. Циркониевые бусины играют ключевую роль в производстве натрийно-ионных батарей. Благодаря своим превосходным характеристикам, таким как высокая твердость, износостойкость, химическая стабильность и высокая плотность, циркониевые бусины могут значительно повысить эффективность подготовки и качество натрийно-ионных электродных батарей материалов, тем самым повышая производительность и безопасность батарей. Благодаря непрерывному развитию технологии использования ионно-натриевых батарей применение циркониевых бус будет способствовать дальнейшему развитию процесса индустриализации этой новой технологии использования аккумуляторов. Общество нуждается в более устойчивом и экологичном будущем. Давайте же вместе работать над развитием натрийно-ионных батарей.