Akumulator sodowo-jonowy – rodzaj akumulatora elektrycznego, w którym jako nośniki ładunku wykorzystywane są jony sodu (Na+).
W roku 2009 akumulator był w fazie prac eksperymentalnych, jednak w przyszłości może się on okazać tańszą alternatywą dla obecnie powszechnie stosowanego akumulatora litowo-jonowego. W związku z faktem, że sód jest pierwiastkiem dużo powszechniejszym w naturze niż lit, z którego tworzone są obecnie baterie o najlepszych parametrach, potencjalny rozwój ogniw sodowo-jonowych stwarza możliwości stworzenia technologii tańszej i bardziej opłacalnej niż obecnie stosowane. W przeciwieństwie do akumulatora sodowo-siarkowego, baterie sodowo-jonowe można stosować w przenośnej elektronice. Mogą również być używane w temperaturze pokojowej (ok. 25 °C).
Tak jak inne rodzaje akumulatorów, baterie sodowo-jonowe magazynują energię w wiązaniach chemicznych anody. Podczas ładowania jony Na+ migrują w kierunku anody. Jednocześnie elektrony równoważące ładunek przechodzą z katody do anody zewnętrznym obwodem elektrycznym. W czasie rozładowania zachodzi proces odwrotny – następuje przepływ elektronów z powrotem z anody do katody, a jony Na+ przenikają z powrotem do katody.
Dotychczas odnotowano napięcie ogniw sodowo-jonowych wynoszące 3,6 V. Jednocześnie akumulatory te wykazały zdolność do utrzymania 115 mAh/g podczas 50 cykli ładowania i rozładowania, co oznacza pojemność równą około 400 Wh/kg. Mimo tego, ogniwa sodowo-jonowe są w dalszym ciągu niezdolne do utrzymania silnego ładunku po wielokrotnym ładowaniu i rozładowaniu. Po 50 cyklach większość akumulatorów sodowo-jonowych zachowuje jedynie 50% pierwotnej pojemności.
Po zastosowaniu NaxC6 jako anody, średnie napięcie na plateau niskiego potencjału było wyższe dla ogniw sodowo-jonowych w porównaniu z ogniwami litowo-jonowymi. Materiały węglowe mogą być otrzymywane z węglowodanów.
Anody z włókien drewnianych pokrytych cyną mogą zastąpić dotychczas stosowane sztywne materiały anodowe, które są zbyt kruche by wytrzymać cykliczne kurczenie się i rozszerzanie materiału na skutek interkalacji i deinterkalacji jonów sodu do struktury krystalicznej związku. Włókna drewniane są wystarczająco elastyczne by wytrzymać nawet ponad 400 cykli ładowania i rozładowania – po przeprowadzeniu setek cykli, struktura drewna pozostała nieuszkodzona. Modele komputerowe pokazują, że powstające na powierzchni drewna nierówności równoważą naprężenia, jakim poddawana jest bateria w czasie ładowania i rozładowania, co zwiększa odporność materiału na cykliczną pracę baterii i pozwala mu wytrzymać nawet setki cykli. Jony sodu przemieszczają się poprzez ścianki włókna drewna i poprzez dyfuzję na powierzchni cyny.
Opracowany został też rodzaj papieru kompozytowego, który może być wykorzystywany jako anoda w akumulatorach sodowo-jonowych.
W katodach ogniw sodowo-jonowych wykorzystuje się mieszane fosforany i ich pochodne.
Testy Na2FePO4F i Li2FePO4F jako materiałów katodowych wykazały, że związek zawierający sód z łatwością zastępuje ten mający w składzie lit w ogniwie typu Li-ion. Połączenie technologii Na-ion i Li-ion mogłoby skutkować obniżeniem całkowitej ceny akumulatora.
Materiał elektrodowy Na2/3[Fe1/2Mn1/2]O2 typu P2 osiąga odwracalną pojemność rzędu 190 mAh/g w ogniwie sodowo-jonowym, wykorzystując reakcję redoks Fe3+/Fe4+ w temperaturze pokojowej.
Innym związkiem badanym jako potencjalny materiał katodowy jest Na2FeP2O7 mający strukturę szklistą. Ogniwa z jego użyciem miały napięcie 2,9 V i pojemność 88 mAh/g.
Proponowane są też katody zawierające chrom i wanad, dla których zachodzi następująca reakcja:
Powyższe materiały katodowe zachowują więcej pojemności podczas cyklicznego ładownia i rozładowania. Efekty domieszkowania materiału katodowego za pomocą chromu zostały przeanalizowane pod względem wpływu na strukturę krystaliczną oraz krzywe ładowania i rozładowania. Badania te wykazały, że materiał domieszkowany Cr wykazuje większą stabilność cykli baterii. Początkowa odwracalna pojemność wynosiła 83,3 mAh/g, a sprawność pierwszego cyklu ładowania-rozładowania 90,3%. Retencja odwracalnej pojemności materiału osiągnęła ok. 91,5% po 20 cyklach ładowania i rozładowania.
Materiały katodowe | Pojemność pierwszego ładowania [mAh/g] | Pojemność pierwszego rozładowania [mAh/g] | Strata pojemności w czasie pierwszego cyklu [mAh/g] | Odwracalna sprawność w pierwszym cyklu [%] | Pojemność rozładowania w 20 cyklu [mAh/g] | Stosunek retencji pojemności po 20 cyklu [%] |
---|---|---|---|---|---|---|
NaV0,92Cr0,08PO4F | 83,3 | 75,2 | 8,1 | 90,3 | 68,8 | 91,4 |
NaV0,96Cr0,04PO4F | 93,3 | 82,6 | 10,7 | 88,5 | 67,9 | 82,2 |
NaVPO4F | 106,9 | 87,7 | 19,2 | 82,0 | 64,5 | 73,5 |
This article uses material from the Wikipedia Polski article Akumulator sodowo-jonowy, which is released under the Creative Commons Attribution-ShareAlike 3.0 license ("CC BY-SA 3.0"); additional terms may apply (view authors). Treść udostępniana na licencji CC BY-SA 4.0, jeśli nie podano inaczej. Images, videos and audio are available under their respective licenses.
®Wikipedia is a registered trademark of the Wiki Foundation, Inc. Wiki Polski (DUHOCTRUNGQUOC.VN) is an independent company and has no affiliation with Wiki Foundation.