×
Әлемдегі тұрақты, өзін-өзі қамтамасыз етуге қабілетті және жоғары өнімділікті энергия сақтау шешімдеріне деген сұраныс үздіксіз өсе түскен сайын, натрий-ионды (Na-ion) аккумулятор технологиясы дәстүрлі литий-ионды жүйелерге айтарлықтай альтернатива болып шыға бастады. Натрийдің кең таралуы, төмен шикізат құны және перспективалы электрхимиялық қасиеттері арқасында Na-ion аккумуляторлар электрлық транспорт, желілік масштабтағы сақтау жүйелері мен тұтынушы электроникасы салаларында барынша танымалдыққа ие болуда. Алайда олардың мүмкіндіктерін толық пайдаланудың кілті — катод пен анод материалдарын ақылды таңдау мен құрылымында жатыр, бұл екі компонент энергия тығыздығын, цикл өмірін, қауіпсіздікті және жалпы тиімділікті анықтайды.
Литийге қарсы түрде NaCoO₂ немесе NMC (никель-марганец-кобальт) сияқты қабатты тотықтарға оңай енеді, ал натрийдің иондық радиусы катодты дамытудың өзіндік қиыншылықтарын туғызады. Сондықтан ғалымдар натрий-ионды аккумуляторлар үшін үш негізгі катодты материалдар тобын зерттеді: қабатты көшу металл оксидтері (NaxTMO₂), полиионды қосылыстар және Пруссия көгінің аналогтары (PBAs).
Никель, марганец, темір және мыс негізіндегі қабатты оксидтер жоғары меншікті сыйымдылық (жиі 120 мА·сағ/г асады) және жақсы жылдамдық қабілетін ұсынады. Мысалы, O3-типіндегі NaNi₁/₃Mn₁/₃Co₁/₃O₂ өте жақсы сыйымдылық көрсетеді, бірақ фазалық ауысуларға байланысты терең циклдау кезінде құрылымдық тұрақсыздықтан зардап шегеді. Керісінше, P2-типіндегі құрылымдар (мысалы, Na₂/₃Ni₁/₃Mn₂/₃O₂) циклдық тұрақтылық пен Na⁺ иондарының тез диффузиясын жақсартады, оларды ұзақ мерзімді қолдану үшін одан да қолайлы етеді. Соңғы жаңалықтар оттегінің жоғалуын басу және көлем өзгерістерін жеңілдету үшін легирлеу стратегияларына (мысалы, Mg²⁺, Ti⁴⁺) және беттік қаптамаларға бағытталған.
Қабатты оксид құрылымының схемалық диаграммасы
Көміртегі негізіндегі құрылымдарына байланысты Na₃V₂(PO₄)₃ (NVP) және NaVPO₄F сияқты фторфосфаттар сияқты полианионды катодтар өте жақсы жылулық және құрылымдық тұрақтылықты қамтамасыз етеді. Олардың теориялық сыйымдылығы орташа болса да (~117 мА·сағ/г NVP үшін), олар ультралайық цикл өмірін (>10 000 цикл) қамтамасыз етеді және жоғары кернеуде (~3,4 В, Na⁺/Na-ге қарсы) жұмыс істейді. Сонымен қатар, улылық пен құнын төмендету мақсатында темір негізіндегі фосфаттар сияқты ванадийсіз альтернативалар әзірленуде, бұл тұрақты даму мақсаттарына сәйкес келеді.
Пруссулық көгілдір аналогтары үшінші бағытты білдіреді. Кристалдық торындағы судың мөлшерін бақылау — оның өнімділігі мен қауіпсіздігін төмендетуі мүмкін — қазіргі уақытта шешілуге тиісті мәселе. Инертті атмосферада төмен температурада өтетін кодисперсия сияқты синтез әдістеріндегі инновациялар кристалдық құрылымды жақсартып, тордағы ақауларды азайтып, ПБА-ны коммерциялық пайдалануға жақындатуда.
Пруссия көкінің және оның туындыларының кристалл құрылымының схемалық диаграммасы
Пруссия көк түсі мен оның туындыларының SEM бейнелері
Графит литий-ионды батареяларда стандартты анод болса да, оның аралық қатары (~ 3,35 Å) Na + иондарын тиімді қабылдауға тым тар, нәтижесінде қуаттылығы елемей қалады. Бұл шектеу анодтың басқа материалдарын зерттеуге ынталандырды.
Қатты көміртек қазіргі кезде ең тиімді коммерциялық нұсқа болып табылады. Оның тәртіпсіз құрылымында ара қатпарлардың ара қашықтығы (>3,7 Å) және Na+ сақтауды адсорбция және поры толтыру тетіктері арқылы жеңілдететін нанопоралар бар. Қатты көміртек анодтары әдетте жақсы бастапқы Куломб тиімділігі (>85%) бар 250320 мАч/г кері қайтаруға болатын сыйымдылық береді. Тұрақты түрде биомассадан (мысалы, кокос қабығынан, лигниннен) немесе қайта өңделген полимерлерден бастап алу шығындарды төмендетумен қатар экологиялық сенімділікті арттырады.
Графиттен тыс, қорытпалы анодтар (мысалы, Sn, Sb, P) өте жоғары теориялық сыйымдылықты (мысалы, Na₃P үшін 847 мА·сағ/г) ұсынады. Алайда, бұл материалдар натрийлену кезінде үлкен көлемдік ұлғаюға ұшырайды (>300%), бұл бөлшектердің бұзылуына және сыйымдылықтың тез ыдырауына әкеледі. Наноструктуралау, көміртегі композиттері мен байлайтын заттардың инженериясы механикалық бұзылуды азайту және циклдық қолдану қабілетін жақсарту үшін тиімді болып шықты.
Тағы бір перспективалы бағыт — титан негізіндегі тотықтар (мысалы, Na₂Ti₃O₇) және MXenes сияқты конверсиялық және интеркаляциялық материалдарды қамтиды. Бұлар көлемінің ең аз өзгеруін және өте жақсы қауіпсіздік сипаттамаларын көрсетеді, бірақ олардың сыйымдылығы төмен және жұмыс кернеуі төмен болады. Энергия тығыздығы ұзақ мерзімділік пен сенімділіктен гөрі аз маңызды болатын тұрақты сақтау үшін олар ерекше тартымды.
Na-иондық аккумулятор үшін оптималды шешім жоғары кернеу, кинетика және интерфейс үйлесімділігін тепе-теңдікте ұстайтын катод пен анодтың синергиялық жұбына байланысты, яғни жалғыз «ең жақсы» материалға емес. Мысалы, P2-типіндегі қабатты оксидті катодты биомассадан алынған қатты көміртегімен анодпен қосу энергиялық тығыздығы >140 Вт/сағ/кг және 5000 циклден астам қызмет ету мерзімі бар элементтерді қамтамасыз етеді — бұл көрсеткіштер LFP (литий темір фосфаты) аккумуляторларымен бәсекелестікке түсе алады.
Сонымен қатар, электролит құрамы мен қатты электролиттік интерфаза (SEI) инженериясы электрод/электролит интерфейстерін стабилизациялауда маңызды рөл атқарады, әсіресе натрийдің литийге қарағанда реакцияға түсу қабілеті жоғары болғандықтан. Фторэтилен карбонаты (FEC) сияқты қоспалар SEI сапасын айтарлықтай жақсартып, алғашқы циклдер кезінде қайтымсыз сыйымдылықтың жоғалуын азайтады.
Литий мен кобальт тапшылығынан туындайтын әлемдік жеткізу тізбектеріне арта беретін қысыммен бетпе-бет болған кезде натрий-ионды технология шектеулі ресурстарға тәуелділікті жоятын, географиялық тұрғыдан алуантүрлі альтернатива ретінде пайда болуда. Электр көліктері үшін жоғары энергия тығыздығы, қалпына келтірілетін энергия интеграциясы үшін ұзақ циклдық қызмет ету мерзімі немесе тұтынушы электроникасы үшін тиімділік сияқты қолданысқа тән талаптарға сәйкес материалдарды таңдау арқылы натрий-ионды аккумуляторлар әлем бойынша барлық сақтау шешімдерін толықтырып қана қоймай, сонымен қатар жаңа қолданыс сценарийлерін ашатын келесі ұрпақ энергетикалық экожүйенің негізгі тасына айналуға дайын тұр. Бұл ығысу тек жеткізу тізбегіндегі әлсіздіктерге ғана шешім ұсынбайды, сонымен қатар әлемдік декарбонизация мақсаттарымен сәйкес келіп, энергетиканың тұрақты дамуына мүмкіндік береді.
Zhejiang Mingtu Technology Electrical Co., Ltd. компаниясында біз осы көзқарасты негізгі бәсекелестік артықшылықтарымызбен нақтылыққа айналдыруға үміткерміз. Біз аккумуляторлардың энергиялық тығыздығын және циклдық қызмет ету мерзімін арттыратын тәуелсіз формулаларға ие болып, жоғары өнімді электрод материалдарының заманауи ғылыми-зерттеу жұмыстарында алдыңғы орында тұрмыз. Интеллектуалды өндірістік желілерге сүйенетін оптимизацияланған масштабталатын өндіріс процестеріміз сериялық өндірісте сапаның тұрақтылығы мен құнды бақылауын қамтамасыз етеді. Сонымен қатар, тиімділікті, қауіпсіздікті және құнды біріктіретін жасушаның жалпы дизайн пішімі — әртүрлі өнеркәсіптік талаптарды қанағаттандыру үшін қатаң сынақтардан өткізіледі. Энергияны сақтаудың болашағы тек литийді ауыстыру туралы емес, сонымен қатар ақылды химия, этикалық тұрғыдан тұрақты шикізат көздері және инновациялық инженерия арқылы мүмкіндіктерді қайта ойлау туралы. Жердің алтыншы ең көп таралған элементі ретінде натрий үлкен потенциалға ие — және біз оның өзіндік артықшылықтарын, сондай-ақ техникалық біліктілігімізді пайдаланып, глобалдық өнеркәсіптер мен қауымдастықтар үшін жасыл, төзімді болашақты қамтамасыз ететін сенімді, қолжетімді энергия сақтау шешімдерін ұсынамыз.
Қызықты жаңалықтар
Жэчжан, Вэньчжоу, Юэцин, Тяньчэн ауданы, Жугуанға өнеркәсіп аймағы
© «Чжэцзян Минту Электр Техноложи Ко., Лтд» барлық құқықтары қорғалған Жекелік саясаты БЛОГ
EN
