Proces proizvodnje baterije natrijum-jon: od sirovina do gotovih ćelija
Natrijum-jonske baterije (NA-ION baterije) privukle su značajnu pažnju kao obećavajuću alternativu litijum-jonskim baterijama zbog obilja i niskih troškova natrijumskih resursa. Proces proizvodnje natrijum-jon baterija dijeli mnoge sličnosti s litijum-jonskim baterijama, ali postoje i neke ključne razlike zbog jedinstvenih svojstava materijala na natrijumu. Ovaj članak opisuje ključne korake u procesu proizvodnje natrijum-jon bateriju.
1. Priprema sirovina
Katodni materijali
Uobičajeni katodni materijali za natrijum-jonske baterije uključuju slojevite okside (Naxtmo2, gdje TM=tranzicijski metal), polianionički spojevi (poput NA3V2 (PO4) 3) i pruski plavi analogni. Ovi materijali se sintetišu putem solidne države reakcije, sol-gel procesa ili metodama oborina.
Anodni materijali
Tvrdi ugljen koji je dobio iz biomase ili visine najčešće korišteni anodni materijal za natrijum-jonske baterije. Predurtori tvrdog ugljika karbonizirani su na visokim temperaturama (obično 1000-1300 diplomiranje) za stvaranje neuređene ugljične strukture pogodne za natrijum-jon skladište.
Elektrolit
Elektrolit se obično sastoji od natrijumskih soli (poput naclo4, NAPF6 ili NATFSI) rastvorene u rastvorima na bazi karbonata (EZ, DMC, PC). Elektroliti sa čvrstim državnim, uključujući i nasicon i sulfidni materijale, takođe su u razvoju.
Separator
Polietilenski (PE) i polipropilen (PP), koji se obično koriste u litijum-jonskim baterijama, također se mogu primijeniti na natrijum-jonske baterije, mada se pažljivo procjenjuje kompatibilnost sa na-jonskim elektrolitama.
2. Proces prevlačenja elektrode
Priprema gnoja
Aktivni materijali (katoda i anoda), provodljivi aditivi (ugljični crni) i veziva (kao što su PVDF, CMC ili SBR) miješaju se sa otapalima (NMP za katodu, vodu za anodu) za stvaranje ravnomernog gnoja.
Premaz
Kašika je ravnomjerno presvučena na aluminijsku foliju (katodnu) i bakrenu foliju (anoda). Za neke natrijum-jonske baterije, obje elektrode mogu koristiti aluminijumsku foliju, ovisno o naponskim prozorima i svojstvima materijala.
Sušenje
Presvučene elektrode su sušene u pećnicama za uklanjanje preostalih otapala. Temperatura i trajanje sušenja pažljivo se kontroliraju kako bi se spriječilo degradaciju materijala.
3. Kalendar elektroda
Nakon sušenja, elektrode prolaze kroz par preciznih valjci za postizanje ujednačene debljine, poboljšanje gustoće i osigurati dobar kontakt između aktivnih materijala i strujnih kolektora.
4. Rezanje i slaganje elektrode
Elektrode su izrezane u željene oblike (obično pravokutne za torbice ili cilindričnu za cilindrične ćelije). Pozitivna elektroda, separator i negativnu elektrodu su složeni ili rane u konačni ćelijski format.
5. Skupština ćelija
Torbice
Slojevi za odvajanje elektroda priloženi su u aluminijskoj plastičnoj torbici. Elektrolit se ubrizgava u torbicu, a torbica je toplo zapečaćena kako bi se spriječilo curenje.
Cilindrične i prizmatične ćelije
Montaža elektrode rane umetnuta je u metal. Elektrolit se dodaje, nakon čega slijedi brtvljenje sa poklopcem.
6. Proces formiranja
Skupljene ćelije podvrgavaju se početnom procesu punjenja, poznate kao formiranje. Ovaj korak omogućava sloj čvrstog elektrolita (SEI) da se formira na anodnoj površini, što je kritično za stabilnost baterije. Protokoli formiranja za natrijum-jonske baterije mogu se malo razlikovati od litijum-jonskih ćelija zbog različitih hemijskih sredstava SEI.
7. Starenje i testiranje
Nakon formiranja ćelije su prepuštene starosti nekoliko dana za stabilizaciju svoje unutrašnje hemije. Svaka ćelija podvrgava testove kontrole kvaliteta, uključujući provjere kapaciteta, mjerenja unutarnjeg otpora, otkrivanje curenja i sigurnosne testove.
8. modul i sklop paketa
Testirane ćelije su sastavljene u module i baterije. Sistemi upravljanja baterijama (BMS) su integrirani za praćenje napona, temperature i struje kako bi se osigurao siguran rad.
Ključne razlike iz litijum-jonske proizvodnje baterije
| Procesni korak | Litijum-jonska baterija | Natrijum-jonska baterija |
| Katodni materijal | LICOO2, NMC, LFP | Slojevi oksidi, pruski plavi, polianioni |
| Anodni materijal | Grafit | Tvrdi ugljen |
| Elektrolit | Lipf6 u karbonatnim otapalima | NAPF6, Natfsi u karbonatnim otapalima |
| Trenutni sakupljači | Bakar (anoda), aluminijum (katoda) | Aluminijum za oboje (u nekim slučajevima) |
| Protokol formacije | Standard za Li-Ion | Prilagođeno za natrijum sei formiranje |
Zaključak
Proces proizvodnje natrijum-jon bateriju koristi veliku od postojeće litijum-jonske baterije, što ga čini relativno lako da proizvođačima usvajaju. Međutim, natrijum-jonski materijali pokazuju različita elektrohemijska i fizička svojstva, koji zahtijevaju neka podešavanja u formulaciji pucanja, elektrolitskog odabira i protokola formiranja. Kako natrijum-jonska tehnologija i dalje sazrijeva, njezina troška prednost i obim sirovina moglo bi ga učiniti snažnim natjecateljem u velikim primjenama energije.
