什么是钠离子电池?与锂离子电池有什么不同

2020-10-10      5980 次浏览

在寻找锂离子电池替代品方面,科学家们一直在努力,现在,钠离子电池成为一个新的有前景落地的方向。锂离子电池现在可谓是风头正劲,集万千宠爱于一身,但是在这热闹之下,一场危机正在酝酿,锂离子电池的近亲钠离子电池正在酝酿夺权。


钠离子电池:钠离子电池是一种二次电池(充电电池),重要依靠钠离子在正极和负极之间移动来工作,与锂离子电池工作原理相似。在充放电过程中,Na+在两个电极之间往返嵌入和脱出:充电时,Na+从正极脱嵌,经过电解质嵌入负极;放电时则相反。


钠离子电池最重要的特点就是利用Na+代替了价格昂贵的Li+,因此正极材料、负极材料和电解液等都要做相应的改变,适应Na离子电池。相比于锂元素,钠元素在地壳中的储藏量十分丰富,获得Na元素的方法也十分简单,因此相比于锂离子电池,钠离子电池在成本上将更加具有优势。


目前钠离子电池最大的难点是寻找一款稳定的钠离子电池负极材料,传统的锂离子电池负极材料石墨,能够与Li结合,形成LiC6结构的化合物,理论比容量为372mAh/g,但是石墨仅能储存十分有限的Na离子,这可能是由于Na会首先在石墨表面形成镀层,而不是与石墨形成化合物。


钠离子电池虽然能量密度不及锂离子电池,但是由于Na资源丰富,且十分容易获得,加之目前碳酸锂价格高涨,因此从长远来看,Na离子电池仍然具有十分广泛的应用前景,在一些对能量密度要求不高的领域,例如电网储能、调峰,风力发电储能等方面还是具有应用前景的。


锂离子电池和钠电池的差别重要有:


1、电池内部电荷载体的不同,锂离子电池是通过锂离子在正负极之间移动、转换实现充放电的,而钠离子电池则是由钠离子在正负极之间的嵌入、脱出实现电荷转移的,其实二者的工作原理是相同的。


2、两者离子半径不同,这半径差别导致钠离子电池的性能远远不及锂离子电池;锂离子的负极可以使石墨,但是钠离子几乎不能再石墨中脱嵌/嵌入,容量很小;其他碳材料经过处理最多可以达到差不多300多毫安时;离子在正极中的容量很小,只有一百多毫安时;钠离子在正负极中嵌入/脱嵌阻力很大,源于半径大;可逆性差,不可逆容量损失大。


钠离子电池是未来储能电池的重要发展方向之一。随着钠离子研发技术的不断进步,钠离子电池的商业化进程会不断加快,也许提前布局这一领域有望在新能源电池领域抢得先机。当然现在说钠离子电池取代锂离子电池似乎为时尚早。


因此,仍有诸多问题亟待解决,实现大规模、高安全性、低成本、高能量、高功率密度和长寿命的目标,方能实现钠离子电池的产业化。



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