Akumulator sodowo-jonowy
Akumulator sodowo-jonowy to typ akumulatora elektrycznego, w którym nośnikami ładunku są jony sodu (Na+). W 2009 roku technologia ta była w fazie eksperymentalnej, ale w przyszłości może stanowić tańszą alternatywę dla popularnych akumulatorów litowo-jonowych. Sód jest znacznie bardziej powszechny w przyrodzie niż lit, który jest podstawą obecnie używanych wysokowydajnych baterii, co stwarza możliwości dla rozwoju ogniw sodowo-jonowych, mogących być bardziej opłacalnymi. W przeciwieństwie do akumulatorów sodowo-siarkowych, akumulatory sodowo-jonowe są odpowiednie do stosowania w przenośnych urządzeniach elektronicznych i działają w temperaturze pokojowej (około 25 °C).
Magazynowanie energii
Podobnie jak inne akumulatory, baterie sodowo-jonowe magazynują energię w wiązaniach chemicznych anody. W trakcie ładowania jony Na+ przemieszcza się w stronę anody, a elektrony, które równoważą ładunek, przepływają z katody do anody z zewnętrznego obwodu elektrycznego. Proces ten odwraca się podczas rozładowania, kiedy to elektrony wracają z anody do katody, a jony Na+ ponownie przenikają do katody.
Dotychczas zarejestrowano napięcie ogniw sodowo-jonowych wynoszące 3,6 V. Te akumulatory wykazały również zdolność do utrzymania 115 mAh/g przez 50 cykli ładowania i rozładowania, co odpowiada pojemności około 400 Wh/kg. Niemniej jednak, ogniwa sodowo-jonowe wciąż mają trudności z utrzymaniem silnego ładunku po wielokrotnym ładowaniu i rozładowaniu. Po 50 cyklach większość akumulatorów sodowo-jonowych zachowuje jedynie 50% swojej pierwotnej pojemności.
Anoda
W przypadku zastosowania NaxC6 jako anody, średnie napięcie na poziomie niskiego potencjału okazało się wyższe dla ogniw sodowo-jonowych niż dla ogniw litowo-jonowych. Materiały węglowe mogą być pozyskiwane z węglowodanów.
Anody z włókien drewnianych pokrytych cyną mają potencjał zastąpienia tradycyjnych sztywnych materiałów anodowych, które są zbyt kruche, by wytrzymać cykliczne kurczenie się i rozszerzanie podczas interkalacji i deinterkalacji jonów sodu. Włókna drewniane są wystarczająco elastyczne, aby przetrwać ponad 400 cykli ładowania i rozładowania – po setkach cykli struktura drewna pozostaje nienaruszona. Modele komputerowe sugerują, że nierówności na powierzchni drewna pomagają równoważyć naprężenia, które bateria przeżywa podczas ładowania i rozładowania, co zwiększa odporność materiału na cykliczne użytkowanie. Jony sodu przemieszczają się przez ścianki włókna drewna oraz poprzez dyfuzję na powierzchni cyny.
Opracowano również rodzaj kompozytowego papieru, który może być użyty jako anoda w akumulatorach sodowo-jonowych.
Katoda
W katodach ogniw sodowo-jonowych wykorzystuje się mieszane fosforany oraz ich pochodne.
Na2FePO4F
Badania materiałów Na2FePO4F i Li2FePO4F jako katod wykazały, że związek zawierający sód może łatwo zastąpić ten zawierający lit w ogniwach Li-ion. Połączenie technologii Na-ion i Li-ion może prowadzić do obniżenia całkowitych kosztów akumulatorów.
Na2/3[Fe1/2Mn1/2]O2
Materiał elektrodowy Na2/3[Fe1/2Mn1/2]O2 typu P2 osiąga odwracalną pojemność na poziomie 190 mAh/g w ogniwie sodowo-jonowym, wykorzystując reakcję redoks Fe3+/Fe4+ w temperaturze pokojowej.
Na2FeP2O7
Kolejnym badanym potencjalnym materiałem katodowym jest Na2FeP2O7 o strukturze szklistnej. Ogniwa z jego zastosowaniem osiągnęły napięcie 2,9 V i pojemność 88 mAh/g.
NaV1−xCrxPO4F
Proponowane są także katody zawierające chrom i wanad, które przeprowadzają następującą reakcję:
NaF + (1−x)VPO4 + xCrPO4 → NaV1−xCrxPO4F
Wymienione materiały katodowe zachowują więcej pojemności podczas cyklicznego ładowania i rozładowania. Badania dotyczące domieszkowania materiału katodowego chromem analizowały jego wpływ na strukturę krystaliczną oraz krzywe ładowania i rozładowania. Wyniki wykazały, że materiał z domieszką Cr charakteryzuje się większą stabilnością cykli. Początkowa odwracalna pojemność wynosiła 83,3 mAh/g, a sprawność pierwszego cyklu ładowania-rozładowania osiągnęła 90,3%. Retencja odwracalnej pojemności materiału wyniosła około 91,5% po 20 cyklach ładowania i rozładowania.
Loading ...