Witaj

  • Pechowa cyfra: 1

metoda Lowena, masaż dla kobiet w ciąży warszawa

Akumulator sodowo-jonowy

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii

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[1]. W związku z faktem, że sód jest pierwiastkiem dużo powszechniejszym w naturze niż lit, z którego tworzone są obecnie baterie o najlepszych parametrach[1], potencjalny rozwój ogniw sodowo-jonowych stwarza możliwości stworzenia technologii tańszej i bardziej opłacalnej niż obecnie stosowane. W przeciwieństwie do akumulatora sodowo-siarkowego[2], baterie sodowo-jonowe można stosować w przenośnej elektronice. Mogą również być używane w temperaturze pokojowej (ok. 25 ˚C).

Magazynowanie energii

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[3].

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[4]. Mimo tego, ogniwa sodowo-jonowe są w dalszym ciągu niezdolne go utrzymania silnego ładunku po wielokrotnym ładowaniu i rozładowaniu. Po 50 cyklach większość akumulatorów sodowo-jonowych zachowuje jedynie 50% pierwotnej pojemności[4].

Anoda

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[5].

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[6].

Katoda

W katodach ogniw sodowo-jonowych wykorzystuje się mieszane fosforany i ich pochodne.

Na2FePO4F

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[4]. Połączenie technologii Na-ion i Li-ion mogłoby skutkować obniżeniem całkowitej ceny akumulatora[4].

Na2/3[Fe1/2Mn1/2]O2

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[7].

Na2FeP2O7

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.

NaV1−xCrxPO4F

Proponowane są też katody zawierające chrom i wanad, dla których zachodzi następująca reakcja:

NaF + (1−x)VPO4 + xCrPO4 → NaV1−xCrxPO4F

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[4][8].

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

Przypisy

  1. a b Kevin Bullis: Sodium-Ion Cells for Cheap Energy Storage. MIT Technology Review, 2009-12-02. [dostęp 2014-09-15].
  2. About Sodium-Sulfur (NaS) Batteries. W: The Energy Blog [on-line]. 2006-01-18. [dostęp 2014-09-15].
  3. Steven S. Zumdahl: Chemical Principles. Wyd. 6. Cengage Learning, 2009, s. 495.
  4. a b c d e Ellis, B. L., Makahnouk, W. R. M., Makimura, Y., Toghill, K. i inni. A multifunctional 3.5[thinsp]V iron-based phosphate cathode for rechargeable batteries. „Nat Mater”. 6 (10), s. 749–753, 2007. DOI: 10.1038/nmat2007. 
  5. Stevens, D. A., Dahn, J. R.. High Capacity Anode Materials for Rechargeable Sodium-Ion Batteries. „Journal of The Electrochemical Society”. 147 (4), s. 1271–1273, 2000. DOI: 10.1149/1.1393348. 
  6. Indian-origin develops paper electrode for sodium-ion battery. W: Economic Times [on-line]. 2014-01-30. [dostęp 2014-09-15].
  7. Yabuuchi, Naoaki, Kajiyama, Masataka, Iwatate, Junichi, Nishikawa, Heisuke i inni. P2-type Nax[Fe1/2Mn1/2]O2 made from earth-abundant elements for rechargeable Na batteries. „Nat Mater”. 11 (6), s. 512-517, 2012. DOI: 10.1038/nmat3309. 
  8. Zhuo, Haitao, Wang, Xianyou, Tang, Anping, Liu, Zhiming i inni. The preparation of NaV1−xCrxPO4F cathode materials for sodium-ion battery. „Journal of Power Sources”. 160 (1), s. 698-703, 2006. DOI: 10.1016/j.jpowsour.2005.12.079. 
abi administrator bezpieczeństwa informacji, torebki papierowe, apartamenty w Szczawnicy

Nowości

  • Prawdopodobne liczby w multimulti: 2 : 14 : 27 : 33 : 34 : 50 : 58 : 60 : 72 : 74 :

Podziel się

Powiązane

O mnie

  • Nazywam się Radek, moje hobby to sprzątanie
  • Materiały są udostępnianie na licencji GNU
  • Zegar 2017-12-17 10:07:35