I. Преглед на натриево-йонните батерии
Натриево-йонните батерии са вид батерия, която зарежда и разрежда, разчитайки на движението на натриеви йони между положителния и отрицателния електрод, с принцип на работа, подобен на този на литиево-йонните батерии. Натриево-йонната батерия се състои главно от положителен електрод, отрицателен електрод,един електролит, аразделители токоприемник. По време на зареждане, На⁺ се извлича от положителния електрод, преминава през сепаратора и се вгражда в отрицателния електрод, където се комбинира с електрони. По време на разреждане, На⁺ се извлича от отрицателния електрод, преминава през сепаратора и се вгражда в положителния електрод, докато електроните се прехвърлят от отрицателния електрод към положителния електрод чрез външна верига. Накрая, в положителния електрод протича редокс реакция, за да се възстанови богатото на натрий състояние.
Схематична диаграма на зареждане и разреждане на натриево-йонни батерии
II. Три технически маршрута
В сравнение с литиево-йонните батерии, най-съществената промяна при натриево-йонните батерии се крие в катодните материали, чиято производителност е ключов фактор, определящ енергийната плътност, безопасността и живота на батерията. Натриевите йони имат по-голяма маса и радиус от литиевите йони, което води до по-ниски скорости на йонна дифузия. Това се отразява в малко по-нисък теоретичен капацитет и реакционна кинетика в производителността на батерията, което изисква пробиви в катодните материали, за да се решат тези проблеми. Понастоящем техническият път за катодните материали все още не е определен, но слоести оксиди..., Пруско синьо аналозии полианионните съединения саочаква се да се откроят три обещаващи маршрута.
АзIIСлоести оксиди
Общата формула за слоести оксиди е NaxMO2, където M се отнася до преходни метални елементи, като ванадий (V), хром (Кр), манган (Минесота), желязо (Fe), кобалт (Ко), никел (Ни), мед (Cu) и др. Сред тях манганът (Минесота) и желязото (Fe), които са изобилни в ресурсите, са най-разпространени. Преходните метални оксиди могат да бъдат допълнително класифицирани в два вида: слоести и тунелни. Когато съдържанието на натрий е ниско (x < 0,5), тунелната структура е предимно налице. Когато съдържанието на натрий е относително високо, то обикновено е доминирано от слоеста структура, като Na+ е разположен между слоевете, образувайки слоеста структура, в която слоевете MO2 и натрият са разположени последователно.
Аналози на пруско синьо IV.
Общата формула за аналозите на пруското синьо е НаксМА[МБ(Китай)6]·zH2O. Магистър и МБ представляват преходни метални елементи, главно желязо (Fe), кобалт (Ко), никел (Ни), манган (Минесота) и др. Поради уникалната отворена рамка и триизмерната макропореста структура на съединенията на пруското синьо, те са подходящи за миграция и съхранение на натриеви йони. По отношение на предимствата, съединенията на желязна основа...Пруско синьо Пруското синьо на базата на манган имат предимствата на изобилие от суровини, ниска цена, висок специфичен капацитет, висока скорост на работа и отлична електрохимична стабилност. По отношение на недостатъците, тъй като настоящите методи на производство предимно използват метода на съвместно утаяване, често се получават много кристална вода и структурни дефекти на Fe(Китай)6. Кристалната вода е склонна да заема местата за съхранение на натрий и каналите за деинтеркалация на натриеви йони в кристала, което води до намаляване на съдържанието на натриеви йони в материала и намаляване на скоростта на миграция на натриеви йони. Структурните дефекти и кристалната вода на Fe(Китай)6 могат да причинят структурен колапс по време на процеса на зареждане и разреждане на материала, което влияе върху цикличните му характеристики.
Производствените процеси на съединенията на пруското синьо включват главно съвместно утаяване и хидротермален синтез. Сред тях съвместното утаяване е най-разпространеният метод, който има предимствата на лесен процес на приготвяне, липса на необходимост от обработка при висока температура и лесно получаване на продукти в чиста фаза. Въпреки това, в момента методът на съвместно утаяване все още има два проблема. Първият е дългото време за приготвяне; вторият е ниският добив. Методът на хидротермален синтез има много сходства с метода на съвместно утаяване. Той има предимствата на кратко време за реакция и равномерно разпределение на материалните частици. В момента обаче методът на хидротермален синтез има три недостатъка. Първо, реакционният процес протича в затворена система и не може да бъде директно наблюдаван. Второ, има етапи с висока температура и високо налягане, които имат високи изисквания към производственото оборудване. Трето, процесът е тромав и не е подходящ за промишлено производство.
V. Полианионни съединения
Общата формула на полианионните съединения е НаксМай[(XOm)n-]z, където M е метален йон с променливо валентно състояние, а X е елементи като P, S и V. Те имат предимствата на добра стабилност, циклични характеристики и безопасност, но съществуват проблеми с ниския специфичен капацитет и лошата проводимост. Според различните им структури, те могат да бъдат класифицирани като фосфати с оливинова структура, НАСИКОН (На+ бърз йонен проводник) съединения и фосфатни съединения.
Методът на приготвяне на NaFePO4 с оливинова структура като катоден материал за натриево-йонни батерии е подобен на този на литиево-железен фосфат. Теоретичният му капацитет е 154mAh/g, а работното напрежение е 2.9V. Собствената му електрическа проводимост обаче е сравнително ниска и има само едномерни На+ дифузионни канали, което влияе върху действителните му характеристики. В момента електрическата проводимост се подобрява чрез въглеродно покритие или йонно заместване. Съединенията с Наскикон-структура са бързи йонни проводници с теоретичен специфичен капацитет от приблизително 120mAh/g и работно напрежение около 3.3V. Те се характеризират с 3D рамкова структура, висока скорост на йонна дифузия и добра кинетична и циклична стабилност. Когато обаче се въведе петвалентният V, той често е токсичен и представлява голяма заплаха за човешкото здраве, което до известна степен ограничава мащабното му използване.
Кристални структури на различни полианионни катодни материали
