[Анализ SMM] Могут ли безанодные натриево-ионные элементы стать новым прорывом для следующего поколения натриево-ионных аккумуляторов?

Новости SMM от 13 июня:

В то время, как сектор энергохранения постоянно стремится к инновациям и прорывам, безанодные натриевые аккумуляторные элементы, как новая технология, постепенно появляются и привлекают широкое внимание. Благодаря своим уникальным концепциям дизайна и потенциальным преимуществам они предлагают новые идеи для решения многих проблем, с которыми сталкиваются традиционные аккумуляторы, но также сопряжены с рядом проблем, которые необходимо срочно решить.

Безанодные натриевые аккумуляторные элементы отказываются от традиционных анодных материалов и вместо этого используют анодные токосборники (например, алюминиевую фольгу). Во время первоначальной зарядки натриевый металл из катодного материала мигрирует на поверхность анодного токосборника и частично откладывается, образуя тем самым фактически функционирующий анод. Эта конструкция значительно упрощает структуру аккумулятора, создавая потенциал для повышения производительности аккумулятора и снижения затрат.

С точки зрения преимуществ, безанодные натриевые аккумуляторные элементы демонстрируют большой потенциал для повышения энергетической плотности. Благодаря отсутствию анодного материала аккумулятор может вместить больше активного материала при тех же ограничениях по объему или весу, что потенциально значительно повышает энергетическую плотность. Это, несомненно, является благом для таких областей, как электромобили (EV) и системы хранения энергии (ESS), которые предъявляют строгие требования к энергетической плотности. Исходя из текущего прогресса исследований, ожидается, что электромобили, использующие безанодные натриевые аккумуляторные элементы в будущем, могут достичь большего запаса хода, а системы хранения энергии смогут хранить больше электрической энергии, тем самым повышая операционную эффективность всей энергетической системы.

Снижение затрат также является заметным преимуществом безанодных натриевых аккумуляторных элементов. Натриевый металл широко распространен на Земле и более доступен по сравнению с редкими металлами, такими как литий, обеспечивая прочную основу для затрат при масштабном применении. Кроме того, конструкция без анода сокращает количество используемых материалов и этапов обработки, что еще больше снижает производственные затраты, упрощает производственный процесс, снижает производственные сложности и трудности, повышает производительность и снижает потребление энергии и выбросы отходов во время производства, что соответствует концепции устойчивого развития.

Однако технология безанодных натриевых аккумуляторных элементов не идеальна, и ее развитие все еще сталкивается со многими препятствиями. В условиях низких температур производительность элементов безанодных натриевых ионных аккумуляторов значительно снижается. При низких температурах скорость диффузии ионов уменьшается, а процесс дезольватации замедляется, что приводит к высокому потенциалу нуклеации и образованию мелких металлических зародышей. В процессе повторяющихся процессов осаждения/растворения высокореактивные мелкие агрегаты склонны превращаться в «мертвый металл», что снижает кулоновскую эффективность при низких температурах. Кроме того, твердоэлектролитный интерфейсный слой (SEI) становится хрупким при низких температурах, и на анодной стороне склонны образовываться дендриты, что серьезно влияет на срок службы аккумулятора.

Кроме того, высокая реакционная способность натрия приводит к неравномерному осаждению натрия в процессе циклирования, что легко приводит к образованию дендритов. Эти дендриты не только вызывают ненужное потребление электролита, но и могут прокалывать сепаратор, вызывая короткое замыкание аккумулятора и создавая серьезные угрозы безопасности. В то же время натриевый металл подвергается значительному объемному расширению в процессе осаждения и растворения, что приводит к разрыву слоя SEI, что еще больше усиливает побочные реакции. Это приводит к быстрому снижению емкости и сокращению срока службы аккумулятора.

Хотя элементы безанодных натриевых ионных аккумуляторов в настоящее время сталкиваются с многочисленными проблемами, ожидается, что постоянные исследования, инновации и технологический прогресс постепенно преодолеют эти трудности. В будущем, если элементы безанодных натриевых ионных аккумуляторов смогут успешно достичь технологических прорывов и масштабного коммерческого применения, они, несомненно, вызовут новую революцию в секторе энергохранения, обеспечив мощный импульс для продвижения глобальной энергетической трансформации и устойчивого развития.

Исследовательская группа по новой энергетике SMM

Ван Цун 021-51666838

Ма Жуй 021-51595780

Фэн Дишэн 021-51666714

Лю Яньлинь 021-20707875