Arrière-plan

Les batteries lithium-ion sont largement utilisées comme batteries rechargeables depuis les années 1990 en raison de leur capacité réversible élevée et de leur stabilité de cycle. Avec l'augmentation substantielle du prix du lithium et la demande croissante de lithium et d'autres composants de base des batteries lithium-ion, la pénurie croissante de matières premières en amont pour les batteries au lithium nous oblige à explorer de nouveaux systèmes électrochimiques moins chers basés sur les éléments abondants existants. . Les batteries sodium-ion à moindre coût constituent la meilleure option. La batterie sodium-ion a presque été découverte avec la batterie lithium-ion, mais en raison de son grand rayon ionique et de sa faible capacité, les gens sont plus enclins à étudier l'électricité au lithium, et la recherche sur la batterie sodium-ion est presque au point mort. Avec la croissance rapide des véhicules électriques et de l'industrie du stockage d'énergie ces dernières années, la batterie sodium-ion, proposée en même temps que la batterie lithium-ion, a de nouveau attiré les gens.'l'attention.

Le lithium, le sodium et le potassium sont tous des métaux alcalins dans le tableau périodique des éléments. Ils ont des propriétés physiques et chimiques similaires et peuvent en théorie être utilisés comme matériaux de batterie secondaire. Les ressources en sodium sont très riches, largement réparties dans la croûte terrestre et simples à extraire. En remplacement du lithium, le sodium fait l'objet de plus en plus d'attention dans le domaine des batteries. La batteriefabricantsbrouillerpour lancer la voie technologique de la batterie sodium-ion.Opinions directrices sur l’accélération du développement du nouveau stockage d’énergie, Plan d'innovation scientifique et technologique dans le domaine énergétique au cours de la période du 14ème Plan quinquennal, etPlan de mise en œuvre pour le développement du nouveau stockage d'énergie au cours de la période du 14ème plan quinquennalpubliés par la Commission nationale du développement et de la réforme et l'Administration nationale de l'énergie ont mentionné le développement d'une nouvelle génération de technologies de stockage d'énergie à haute performance telles que les batteries sodium-ion. Le ministère de l'Industrie et des Technologies de l'information (MIIT) a également promu de nouvelles batteries, telles que les batteries sodium-ion, comme ballast pour le développement de la nouvelle industrie énergétique. Des normes industrielles pour les batteries sodium-ion sont également en préparation. On s'attend à ce qu'à mesure que l'industrie augmente ses investissements, que la technologie devienne mature et que la chaîne industrielle s'améliore progressivement, les batteries sodium-ion à coût élevé devraient occuper une partie du marché des batteries lithium-ion.

Batterie sodium-ion contre batterie lithium-ion

• L'électrode négative en carbone de la batterie sodium-ion a un coût inférieur et un espace de modification plus grand que celui du graphite.
• La feuille d'aluminium peut être utilisée comme collecteur de courant pour les électrodes positives et négatives des batteries sodium-ion. Les batteries lithium-ion ont un faible potentiel négatif et doivent utiliser une feuille de cuivre non corrodée. Les batteries sodium-ion, en revanche, ont un potentiel négatif élevé, elles ne s’allient donc pas au sodium. La feuille d'aluminium est moins lourde et moins coûteuse que la feuille de cuivre.
• Dans l'électrolyte, la solubilité du Na⁺ est environ 30 % inférieur à celui du Li⁺. Le taux de dissolution est élevé et la résistance au transfert de charge à l’interface électrode-électrolyte est faible, ce qui offre une meilleure dynamique d’électrode. Par conséquent, le taux de décharge de la charge sodium-ion est élevé à haute et basse température, et les performances à basse température sont excellentes et peuvent être chargées rapidement.
• Les batteries sodium-ion disposent d’un plus grand choix de matériaux d’électrode positive. Presque tous les éléments de métaux de transition de la première rangée du tableau périodique peuvent être utilisés dans les batteries sodium-ion. Cela est dû à la grande différence de taille entre Na⁺ (rayon 0,102 nm) et les ions de métaux de transition (rayon 0,05-0,07 nm), ce qui favorise leur séparation.
• La résistance interne d’une batterie sodium-ion est supérieure à celle d’une batterie lithium-ion. En cas de court-circuit, la chaleur instantanée est moindre, la montée en température est plus lente et la température d'emballement thermique est supérieure à celle d'une batterie au lithium, donc une batterie sodium-ion est plus sûre.
• Le grand rayon de l'ion sodium peut entraîner une rupture du matériau lorsqu'il est retiré du matériau de l'électrode, affectant ainsi les performances cinétiques globales de la batterie et l'intégrité de l'électrode.
• Le sodium a un potentiel d'électrode standard beaucoup plus élevé (0,33 V supérieur à celui du lithium), ce qui entraîne une densité énergétique plus faible et rend difficile la concurrence avec les batteries lithium-ion dans le secteur de l'énergie.

Derniers progrès de la recherche

Ces dernières années, la recherche sur les batteries sodium-ion a porté sur des matériaux cathodiques avancés sans cobalt pour les batteries sodium-ion, du sulfate polyanionique à faible coût pour l'électrode positive des batteries sodium-ion, des composés nano-pb utilisés dans l'électrode positive du sodium. -batteries ioniques, recherche fondamentale sur les matériaux d'anode organiques pour les batteries sodium-ion en vue d'applications commerciales potentielles, oxydes et sulfures métalliques à base d'étain utilisés comme matériaux d'anode pour les batteries sodium-ion, nano-ingénierie de matériaux carbonés avancés dans les batteries sodium-ion et application de caractérisation in situ avancée dans l’étude des batteries sodium-ion. En général, il s'agit toujours d'un point chaud de recherche pour obtenir des matériaux d'électrodes positives et négatives de haute performance du point de vue de l'optimisation des moyens de modification, de l'amélioration des méthodes de préparation et de l'exploration du mécanisme de stockage du sodium pour améliorer la compétitivité globale des batteries sodium-ion.