Proċess ta 'Produzzjoni tal-Batterija tas-Sodju-Ion: Minn materja prima għal ċelloli lesti

Il-batteriji tal-jone tas-sodju (batteriji Na-ion) ġibdu attenzjoni sinifikanti bħala alternattiva promettenti għall-batteriji tal-jone tal-litju minħabba l-abbundanza u l-prezz baxx tar-riżorsi tas-sodju. Il-proċess ta 'produzzjoni ta' batteriji tal-jone tas-sodju jaqsam ħafna xebh ma 'batteriji tal-jone tal-litju, iżda hemm ukoll xi differenzi ewlenin minħabba l-proprjetajiet uniċi ta' materjali bbażati fuq is-sodju. Dan l-artikolu jiddeskrivi l-passi ewlenin fil-proċess tal-manifattura tal-batterija tal-jone tas-sodju.

Materjali tal-katodu

Materjali tal-katodi komuni għall-batteriji tal-jone tas-sodju jinkludu ossidi b'saffi (NaxTMO2, fejn Tm=metalli ta 'tranżizzjoni), komposti polinijoniċi (bħal Na3v2 (PO4) 3), u analogi blu Prussjani. Dawn il-materjali huma sintetizzati permezz ta 'reazzjoni fi stat solidu, proċessi sol-ġel, jew metodi ta' ko-preċipitazzjoni.

Materjali tal-anodi

Karbonju iebes derivat mill-bijomassa jew żift huwa l-iktar materjal tal-anodu użat ħafna għal batteriji tal-jone tas-sodju. Il-prekursuri tal-karbonju iebes huma karbonizzati f'temperaturi għoljin (tipikament 1000-1300 grad) biex joħolqu struttura tal-karbonju diżordinata adattata għall-ħażna tal-jone tas-sodju.

Elettrolit

L-elettrolit ġeneralment jikkonsisti minn imluħa tas-sodju (bħal Naclo4, Napf6, jew NATFSI) maħlula f'solventi bbażati fuq il-karbonat (KE, DMC, PC). Elettroliti fi stat solidu, inklużi materjali bbażati fuq in-Nasicon u s-sulfide, qegħdin ukoll jiġu żviluppati.

Separatur

Is-separaturi tal-polyethylene (PE) u tal-polipropilene (PP), użati komunement fil-batteriji tal-jone tal-litju, jistgħu wkoll jiġu applikati għal batteriji tal-jone tas-sodju, għalkemm il-kompatibilità ma 'elettroliti Na-Ion hija evalwata bir-reqqa.

Preparazzjoni tad-demel likwidu

Il-materjali attivi (katodu u anodu), addittivi konduttivi (iswed tal-karbonju), u legaturi (bħal PVDF, CMC, jew SBR) huma mħallta ma 'solventi (NMP għall-katodu, ilma għall-anodu) biex joħolqu demel likwidu uniformi.

Kisi

Id-demel likwidu huwa miksi b'mod uniformi fuq fojl tal-aluminju (katodu) u fojl tar-ram (anodu). Għal xi batteriji tal-jone tas-sodju, iż-żewġ elettrodi jistgħu jużaw fojl tal-aluminju, skont it-tieqa tal-vultaġġ u l-proprjetajiet tal-materjal.

Tnixxif

L-elettrodi miksija huma mnixxfa fil-fran biex jitneħħew solventi residwi. It-temperatura u t-tul tat-tnixxif huma kkontrollati bir-reqqa biex tiġi evitata d-degradazzjoni tal-materjal.

Wara t-tnixxif, l-elettrodi jgħaddu minn par ta 'rombli ta' preċiżjoni biex jinkisbu ħxuna uniformi, itejbu d-densità, u jiżguraw kuntatt tajjeb bejn il-materjali attivi u l-kollezzjonisti kurrenti.

L-elettrodi jinqatgħu fil-forom mixtieqa (ġeneralment rettangolari għal ċelloli tal-borża jew ċilindriċi għal ċelloli ċilindriċi). L-elettrodu pożittiv, is-separatur, u l-elettrodu negattiv huma f'munzelli jew imdawrin fil-format finali taċ-ċellula.

Ċelloli tal-borża

Is-saffi tas-separatur tal-elettrodi f'munzelli huma magħluqa f'boroż tal-plastik tal-aluminju. L-elettrolit jiġi injettat fil-borża, u l-borża hija ssiġillata bis-sħana biex tevita t-tnixxija.

Ċelloli ċilindriċi u priżmatiċi

L-assemblaġġ tal-elettrodi tal-ferita huwa mdaħħal ġo bott tal-metall. L-elettrolit huwa miżjud, segwit minn siġillar b'għatu.

Iċ-ċelloli mmuntati jgħaddu minn proċess inizjali ta 'ċċarġjar, magħruf bħala formazzjoni. Dan il-pass jippermetti li s-saff tal-interface tal-elettroliti solidi (SEI) jifforma fuq il-wiċċ tal-anodu, li huwa kritiku għall-istabbiltà tal-batterija. Protokolli ta 'formazzjoni għal batteriji ta' l-jone tas-sodju jistgħu jvarjaw ftit miċ-ċelloli tal-jone tal-litju minħabba kimiċi SEI differenti.

Wara l-formazzjoni, iċ-ċelloli jitħallew jixjieħu għal diversi jiem biex jistabbilizzaw il-kimika interna tagħhom. Kull ċellula tgħaddi minn testijiet ta 'kontroll tal-kwalità, inklużi kontrolli tal-kapaċità, kejl tar-reżistenza interna, sejbien ta' tnixxija, u testijiet ta 'sigurtà.

Iċ-ċelloli ttestjati huma mmuntati f’moduli u pakketti ta ’batteriji. Sistemi ta 'ġestjoni tal-batteriji (BMS) huma integrati biex jimmonitorjaw il-vultaġġ, it-temperatura, u l-kurrent biex jiżguraw tħaddim sikur.

Il-proċess tal-produzzjoni tal-batterija tal-jone tas-sodju jwassal ħafna mill-infrastruttura tal-batterija tal-jone tal-litju eżistenti, u jagħmilha relattivament faċli għall-manifatturi li jadottaw. Madankollu, materjali tal-jone tas-sodju juru proprjetajiet elettrokimiċi u fiżiċi differenti, li jeħtieġu xi aġġustamenti fil-formulazzjoni tad-demel likwidu, għażla tal-elettroliti, u protokolli ta 'formazzjoni. Hekk kif it-teknoloġija tal-jone tas-sodju tkompli timmatura, il-vantaġġ tal-ispejjeż tagħha u l-abbundanza tal-materja prima jistgħu jagħmluha kompetitur qawwi f'applikazzjonijiet ta 'ħażna ta' enerġija fuq skala kbira.