淺談鈉離子電池儲(chǔ)能機(jī)理

鈉離子電池，是一種二次電池，主要依靠鈉離子在正極和負(fù)極之間移動(dòng)來(lái)工作，與鋰離子電池工作原理相似，兩者都被稱為“搖椅式”電池。

鈉離子電池的主要構(gòu)成為正極、負(fù)極、隔膜、電解液和集流體，其中正極和負(fù)極材料的結(jié)構(gòu)和性能決定著整個(gè)電池的儲(chǔ)鈉性能。

正負(fù)極之間通過(guò)隔膜隔開(kāi)防止短路，電解液浸潤(rùn)正負(fù)極作為離子流通的介質(zhì)，集流體起到收集和傳輸電子的作用。充電時(shí)，Na+從正極脫出，經(jīng)電解液穿過(guò)隔膜嵌入負(fù)極，使正極處于高電勢(shì)的貧鈉態(tài)，負(fù)極處于低電勢(shì)的富鈉態(tài)。

放電過(guò)程則與之相反，Na+從負(fù)極脫出，經(jīng)由電解液穿過(guò)隔膜重新嵌入到正極材料中，使正極恢復(fù)到富鈉態(tài)。為保持電荷平衡，充放電過(guò)程中有相同數(shù)量的電子經(jīng)外電路傳遞，與 Na+一起在正負(fù)極間遷移，使正負(fù)極發(fā)生氧化和還原反應(yīng)。鈉離子電池工作原理與鋰離子基本類似，這也給鈉電池的產(chǎn)業(yè)化打下良好基礎(chǔ)。

鈉離子電池儲(chǔ)能機(jī)理

在充電過(guò)程中，鈉離子從正極脫出，經(jīng)過(guò)電解液穿過(guò)隔膜嵌入負(fù)極，使正極處于高電勢(shì)的貧鈉態(tài)，負(fù)極處于低電勢(shì)的富鈉態(tài)。放電過(guò)程則與之相反，鈉離子從負(fù)極脫出，經(jīng)過(guò)電解液穿過(guò)隔膜重新嵌入到正極材料中，使正極恢復(fù)到富鈉態(tài)。為保持電荷平衡，充放電過(guò)程中有相同數(shù)量的電子經(jīng)外電路傳遞，與鈉離子一起在正負(fù)極間遷移，使正負(fù)極發(fā)生氧化和還原反應(yīng)。

相比鋰資源的稀缺與分布不均，鈉資源可謂儲(chǔ)量豐富且分布廣泛。鈉離子電池的制造成本更低、且無(wú)發(fā)展瓶頸。在充放電速率上，高倍率充電就是我們現(xiàn)在常見(jiàn)的快充。

鈉離子電池顯示出了比鋰離子電池更優(yōu)的倍率性能，即可以在短時(shí)間內(nèi)充滿電且容量保持率高。此外，相比鋰離子電池，鈉離子電池可以在低至約-30℃、高至約80℃的環(huán)境中正常工作。

此外，正負(fù)極之間通過(guò)隔膜隔開(kāi)以防止短路，電解液浸潤(rùn)正負(fù)極作為離子流通的介質(zhì)，集流體則起到收集和傳輸電子的作用。

鈉離子電池儲(chǔ)能優(yōu)勢(shì)

鈉離子電池在儲(chǔ)能領(lǐng)域具有諸多優(yōu)勢(shì)，主要包括以下幾個(gè)方面：

資源豐富，成本較低：鈉是地球上豐富的元素，其儲(chǔ)量遠(yuǎn)大于鋰，因此鈉離子電池的原材料成本相對(duì)較低。這使得鈉離子電池在大規(guī)模儲(chǔ)能應(yīng)用中具有顯著的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。

較高的能量密度：鈉離子電池的正極材料具有較高的理論容量，因此其能量密度較大，能夠儲(chǔ)存更多的能量。這使得鈉離子電池在需要長(zhǎng)時(shí)間放電的應(yīng)用中表現(xiàn)出色。

安全性較好：相比于傳統(tǒng)的鋰離子電池，鈉離子電池使用更為穩(wěn)定的材料，減少了發(fā)生熱失控或爆炸的潛在風(fēng)險(xiǎn)。此外，鈉離子電池在短路等嚴(yán)重情況下會(huì)自動(dòng)斷路，進(jìn)一步提高了其安全性。

較快的充電速度：鈉離子電池的充電速度相對(duì)較快，適用于需要快速響應(yīng)的儲(chǔ)能系統(tǒng)。

較長(zhǎng)的循環(huán)壽命：鈉離子電池在長(zhǎng)時(shí)間放置和高溫環(huán)境下的穩(wěn)定性較好，具有較長(zhǎng)的循環(huán)壽命，能夠滿足長(zhǎng)期儲(chǔ)能的需求。

然而，鈉離子電池也存在一些不足之處，如能量密度相較于鋰離子電池仍有一定差距，循環(huán)性能有待提高等。但隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，這些問(wèn)題有望得到解決。

審核編輯：黃飛