Натрій-іонний акумулятор являє собою батарею, що перезаряджається, яка відрізняється від звичайних літій-іонних акумуляторів тим, що використовує іони натрію (Na+) замість іонів літію (Li+). Внутрішня структура натрій-іонної батареї аналогічна структурі літій-іонних акумуляторів з двома електродами (позитивним і негативним), розділеними електролітом.
У процесі заряджання натрій-іонного акумулятора іони натрію переміщаються від позитивного електрода через електроліт до негативного електрода, де вони накопичуються. При розрядженні іони натрію повертаються до позитивного електрода, створюючи електричний струм. Використання натрію замість літію робить акумулятори доступнішими, оскільки натрій є більш поширеним і дешевим металом.
Однак натрій-іонні акумулятори мають свої проблеми. Іони натрію більші за розміром, ніж іони літію, тому потрібні спеціальні матеріали для електродів та електролітів, які можуть вміщувати ці великі іони. В даний час йдуть дослідження з розробки нових матеріалів та оптимізації характеристик натрій-іонних акумуляторів, щоб покращити їхню продуктивність та ефективність.
Принцип роботи натрій-іонних батарей ґрунтується на переміщенні іонів натрію (Na+) між позитивним та негативним електродами через електроліт. Під час заряджання, коли батарея підключена до джерела живлення, електрони починають рухатися зовнішнім ланцюгом від катода до анода, викликаючи міграцію іонів натрію від катода до анода. Матеріалом анода зазвичай служить речовина, здатна вбудовувати та видаляти іони натрію, наприклад, графіт. Катодом зазвичай є оксид металу, такий як оксид натрію кобальту (NaCoO2).
Під час розрядки, коли батарею відключено від джерела живлення, іони натрію повертаються назад до катода через електроліт, викликаючи потік електронів у зовнішньому ланцюзі. Місткість батареї та кількість енергії, яка може бути збережена та вивільнена, залежать від матеріалів, що використовуються в батареї, а також від розміру та площі поверхні електродів та інших факторів. Оптимальний вибір матеріалів та оптимізація параметрів акумулятора є предметом активних досліджень у цій галузі.
Переваги та недоліки натрій-іонних акумуляторів відрізняються від інших типів акумуляторів, таких як літій-іонні акумулятори. Ось деякі з основних переваг та недоліків натрій-іонних акумуляторів:
Робочий діапазон температур: Акумулятори мають широкий діапазон робочих температур і можуть зберігати більше 90% ємності розряду навіть за дуже низьких температур навколишнього середовища, досягаючи -20°C.
Всі ці фактори враховуються у подальших дослідженнях та розробках, щоб покращити характеристики натрій-іонних акумуляторів та розширити їх застосування у різних галузях.
Натрій-іонні батареї та літій-іонні батареї є двома типами батарей, що перезаряджаються, проте вони відрізняються за хімічним складом і продуктивністю. Ось деякі з основних відмінностей між натрій-іонними та літій-іонними батареями:
У натрій-іонних батареях використовуються іони натрію як носії заряду, тоді як літій-іонні батареї використовують іони літію. Натрій є більш поширеним і дешевим матеріалом порівняно з літієм, що може зробити натрій-іонні батареї економічно вигіднішими.
Літій-іонні батареї зазвичай мають більш високу щільність енергії в порівнянні з натрій-іонними батареями. Це означає, що літій-іонні акумулятори можуть зберігати більше енергії в заданому обсязі або вазі, що робить їх кращими для портативних пристроїв, де важливі компактність та легкість.
Літій-іонні батареї мають кращу продуктивність та стабільність, тому що вони були більш ретельно досліджені та розроблені. У той час як натрій-іонні батареї знаходяться на ранніх стадіях розвитку, їх продуктивність і стабільність ще не досягли такого рівня.
Натрій-іонні батареї мають менший ризик виникнення теплових розрядів у порівнянні з деякими літій-іонними батареями, що робить їх безпечнішими у використанні.
Натрій-іонні батареї мають менший вплив на навколишнє середовище в порівнянні з деякими літій-іонними батареями. Натрій є більш поширеним та менш токсичним металом порівняно з літієм.
Натрій-іонні акумулятори зазвичай мають менший термін служби, ніж літій-іонні акумулятори. Кількість циклів заряджання/розрядки для натрієвих батарей зазвичай становить від 1000 до 3000, тоді як для літій-залізо-фосфатних акумуляторів це число становить від 3000 до 10000.
Враховуючи ці відмінності, кожен тип батареї має свої переваги та недоліки, і вибір залежить від конкретних потреб та вимог застосування.
Натрій-іонні батареї є більш доступним і безпечним рішенням, яке може значно сприяти масовому виробництву компактних міських автомобілів.
Вартість виробництва натрій-іонних акумуляторів значно нижча порівняно з літій-іонними варіантами. Основні компоненти цих акумуляторів, включаючи натрієву сіль, є безпечними та широко доступними. На відміну від літієвих батарей, для яких обмежені світові запаси необхідних матеріалів, можна набути натрій практично в будь-якому регіоні планети. Деякі розробники відзначають, що натрій-іонні батареї можуть бути створені зі звичайної кухонної солі, запасів якої достатньо у багатьох країнах, включаючи Велику Британію.
Китайська компанія BYD, яка входить до складу автомобільного конгломерату BYD, планує створити спільне підприємство з Huaihai Holding Group, щоб стати провідним постачальником натрій-іонних акумуляторів для невеликих електромобілів. BYD зараз займає друге місце у світі серед автовиробників після Tesla.
Цей тип акумуляторів має значно нижчу вартість, оскільки його основний компонент - натрій є більш поширеним, ніж літій. Хімічний склад натрій-іонних батарей ідеально підходить для невеликих електромобілів, які зазвичай мають менший запас ходу та вимагають менше мобільності. Це дозволяє компаніям зосередитись на розвитку та використанні даного типу батарей у цьому сегменті ринку.
