पावर बैटरियों के नए युग में सोडियम-आयन बैटरियों का उदय

सोडियम-बैटरी इलेक्ट्रिक कारों के युग की शुरुआत

2024 की शुरुआत में, दुनिया का पहला सोडियम-आयन बैटरी इलेक्ट्रिक वाहन आधिकारिक तौर पर उपयोगकर्ताओं तक पहुंचाया गया था। नई कार की रेंज 252 किलोमीटर तक है और यह 32,140 सोडियम आयन बेलनाकार बैटरी से लैस है। सेल तकनीकी मार्ग अपनाता है"कॉपर बेस जैसे ऑक्साइड हार्ड कार्बन", मोनोमर क्षमता 12Ah है, ऊर्जा घनत्व 140Wh/किलोग्राम से अधिक है, और इसमें उच्च सुरक्षा, उच्च ऊर्जा घनत्व और अच्छे कम तापमान प्रदर्शन के फायदे हैं। हाल के वर्षों में, निंग्डे टाइम्स सहित, सोडियम एनर्जी और अन्य घरेलू उद्यमों ने भी सोडियम आयन बैटरी उद्योग के लेआउट में तेजी लाई है, अब छोटे बैच उत्पादन और प्रदर्शन मूल्यांकन हासिल किया है, सोडियम बैटरी ट्राम के विकास के पहले वर्ष को खोलने की उम्मीद है 24 साल।

सोडियम आयन बनाम लिथियम-आयन बैटरी

अपने अनूठे फायदों के कारण सोडियम-आयन बैटरियों के बड़े पैमाने पर व्यावसायिक अनुप्रयोगों के लिए एक और माध्यमिक बैटरी तकनीक बनने की उम्मीद है। लिथियम-आयन बैटरियों की तुलना में, सोडियम आयनों में एक मजबूत सॉल्वेशन इंटरेक्शन क्षमता और एक छोटा स्टोक्स त्रिज्या होता है, जो कम सांद्रता वाले सोडियम आयन इलेक्ट्रोलाइट समाधानों को उच्च आयनिक चालकता प्राप्त करने में सक्षम बनाता है। चूँकि सोडियम और लिथियम आसन्न तत्वों के एक ही मुख्य समूह से संबंधित हैं, दोनों के रासायनिक गुणों में उच्च समानता है, इसलिए सोडियम-आयन बैटरियों का कार्य सिद्धांत लिथियम-आयन बैटरियों के समान है, जो निम्नलिखित का पालन करते हैं।"दोलन कुर्सी"तंत्र। सोडियम आयन बैटरी सकारात्मक इलेक्ट्रोड, नकारात्मक इलेक्ट्रोड, डायाफ्राम, इलेक्ट्रोलाइट और द्रव संग्राहक से बनी होती है। चार्ज और डिस्चार्ज प्रक्रिया को सकारात्मक और नकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्रियों के बीच सोडियम आयन के प्रतिवर्ती एम्बेडिंग और डीमबेडिंग द्वारा महसूस किया जाता है। चार्जिंग की प्रक्रिया में, सोडियम आयनों को सकारात्मक इलेक्ट्रोड से हटा दिया जाता है और ना-खराब सकारात्मक इलेक्ट्रोड और ना-समृद्ध नकारात्मक इलेक्ट्रोड बनाने के लिए नकारात्मक इलेक्ट्रोड में एम्बेड किया जाता है। डिस्चार्ज प्रक्रिया में, चार्ज और डिस्चार्ज संतुलन प्राप्त करने के लिए सोडियम आयनों को नकारात्मक इलेक्ट्रोड से सकारात्मक इलेक्ट्रोड में उल्टा एम्बेड किया जाता है। इलेक्ट्रॉनों को बाहरी सर्किट में स्थानांतरित किया जाता है, जिससे सोडियम आयनों के प्रवास के साथ चार्ज संतुलन बना रहता है। सोडियम-आयन बैटरी की विशेषताओं के कारण, वे लिथियम-आयन बैटरी विनिर्माण उपकरण के साथ संगत हैं, जिसका औद्योगीकरण कम कठिन है और भविष्य में बाजार की व्यापक संभावनाएं हैं।

ऊर्जा घनत्व के संदर्भ में, सोडियम-आयन बैटरी का सेल आमतौर पर 105-150wh/किलोग्राम की सीमा में होता है। लिथियम-आयन बैटरी कोशिकाओं का ऊर्जा घनत्व आम तौर पर 190wh/किलोग्राम से अधिक होता है, और उच्च नी सामग्री वाले कुछ टर्नरी सिस्टम 230wh/किलोग्राम से भी अधिक होते हैं। हालाँकि वर्तमान सोडियम-आयन बैटरी की तुलना टर्नरी लिथियम बैटरी से नहीं की जा सकती है, लेकिन लिथियम आयरन फॉस्फेट बैटरी 120-200wh/किलोग्राम और लेड एसिड बैटरी 35-45wh/किलोग्राम की तुलना में, सोडियम-आयन बैटरी में एक निश्चित प्रतिस्पर्धात्मकता है . ऑपरेटिंग तापमान रेंज और सुरक्षा के संदर्भ में, सोडियम-आयन बैटरियों के स्पष्ट फायदे हैं। इसकी ऑपरेटिंग तापमान रेंज -40℃-80℃ है, जबकि टर्नरी लिथियम-आयन बैटरी की ऑपरेटिंग रेंज आमतौर पर -20℃ ~ 60℃ है। 0 ° C से नीचे के वातावरण में, लिथियम बैटरी का प्रदर्शन प्रभावित होगा। इसके विपरीत, सोडियम-आयन बैटरियां अभी भी -20 ° C पर 80% से अधिक समाज प्रतिधारण प्राप्त कर सकती हैं। इसके अलावा, सोडियम-आयन बैटरियों के बड़े आंतरिक प्रतिरोध के कारण, उन्हें गर्म करना आसान नहीं होता है, इसलिए वे उच्च सुरक्षा दिखाते हैं थर्मल रनवे के संदर्भ में। चार्जिंग गति के संदर्भ में, सोडियम-आयन बैटरियों को केवल 10 मिनट में पूरी तरह से चार्ज किया जा सकता है, जबकि टर्नरी लिथियम बैटरी के लिए कम से कम 40 मिनट और लिथियम आयरन फॉस्फेट के लिए 45 मिनट लगते हैं। कुल मिलाकर, हालांकि ऊर्जा घनत्व लिथियम-आयन बैटरियों के साथ प्रतिस्पर्धा नहीं कर सकता है, सोडियम-आयन बैटरियां कम तापमान स्थिरता और चार्जिंग गति के मामले में वर्तमान नई ऊर्जा वाहनों के दो प्रमुख समस्या बिंदुओं को अच्छी तरह से हल कर सकती हैं, और अभी भी उन विकल्पों में से एक हैं जिन पर विचार किया जा रहा है। प्रमुख कार कंपनियाँ।

सोडियम आयन बैटरियों के लिए स्तरित ऑक्साइड के तकनीकी मार्ग का संक्षिप्त विश्लेषण

कैथोड सामग्री - स्तरित संक्रमण धातु ऑक्साइड

सोडियम-आयन स्तरित संक्रमण धातु ऑक्साइड को आमतौर पर नैक्सएमओ2 के रूप में व्यक्त किया जाता है, जहां M एक संक्रमण धातु तत्व है जैसे एम.एन., नी, घन, फ़े, सह, आदि। अध्ययन से पता चलता है कि नैक्सएमओ2 की व्यवस्था को O-प्रकार में विभाजित किया जा सकता है और पी-प्रकार, और इसकी संरचना आरेख इस प्रकार है। इस संक्रमण धातु ऑक्साइड की स्तरित संरचना न केवल सोडियम आयन एम्बेडिंग और डीमबेडिंग के लिए चैनल प्रदान करती है, बल्कि एमओ6 ऑक्टाहेड्रल संरचना का उपयोग करके समग्र संरचना की स्थिरता को भी बढ़ाती है। इसलिए, सामग्री में उत्कृष्ट इलेक्ट्रोकेमिकल प्रदर्शन है और वर्तमान में सोडियम आयन बैटरी के लिए मुख्यधारा की सकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्री है। इसी समय, सामग्री का इलेक्ट्रोलाइट प्रौद्योगिकी के साथ उच्च संबंध है।

क्यूप्रिक ऑक्साइड कैथोड सामग्री क्यूएफईओ2 कमरे के तापमान पर सोडियम-आयन बैटरी के लिए उपयुक्त है। तांबे पर आधारित, सामग्री 220 एमएएच/जी की प्रतिवर्ती क्षमता प्रदर्शित करती है, और इसके विद्युत रासायनिक प्रतिक्रिया तंत्र में मुख्य रूप से Cu2 /घन की रिडॉक्स प्रतिक्रिया शामिल होती है। क्यूएफईओ2 का कार्यशील वोल्टेज 2.4V तक पहुंच सकता है, और इसमें अच्छी चक्र स्थिरता है। इस सामग्री में कम लागत, उत्कृष्ट प्रदर्शन और पर्यावरण मित्रता की विशेषताएं हैं, और इसने एक निश्चित संभावना दिखाई है।

नकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्री - कार्बन आधारित सामग्री

सोडियम आयन बैटरियों के लिए कई प्रकार की एनोड सामग्रियां हैं, जिनमें कार्बन-आधारित सामग्री, टाइटेनियम-आधारित सामग्री, मिश्र धातु सामग्री और कार्बनिक सामग्री शामिल हैं। उनमें से, कार्बन-आधारित सामग्रियों को उनकी उपलब्धता और कम लागत के कारण सबसे आशाजनक उम्मीदवार सामग्री माना जाता है। कार्बन-आधारित सामग्रियों को मुख्य रूप से दो श्रेणियों में विभाजित किया गया है: क्रिस्टलीय कार्बन और अनाकार कार्बन, क्रिस्टलीय कार्बन मुख्य रूप से प्राकृतिक ग्रेफाइट और कृत्रिम ग्रेफाइट, जो लिथियम-आयन बैटरी के लिए मुख्य नकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्री हैं। हालाँकि, जब ग्रेफाइट का उपयोग सोडियम आयन बैटरी के नकारात्मक इलेक्ट्रोड के रूप में किया जाता है, तो सोडियम आयनों का एम्बेडिंग प्राप्त नहीं किया जा सकता है, जिसके परिणामस्वरूप व्यावहारिक अनुप्रयोगों की जरूरतों को पूरा करने के लिए बहुत कम विशिष्ट क्षमता होती है। अनाकार कार्बन सामग्री में मुख्य रूप से कठोर कार्बन और नरम कार्बन शामिल हैं। हार्ड कार्बन उच्च प्रारंभिक निर्वहन क्षमता, अच्छी दर प्रदर्शन और संरचनात्मक स्थिरता दिखाता है, और इसमें अच्छे विद्युत रासायनिक प्रदर्शन लाभ हैं, और वर्तमान में यह नकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्री की पहली पसंद है। हालाँकि सॉफ्ट कार्बन की लागत कम है, इलेक्ट्रोकेमिकल गतिविधि उच्च है, और यह उच्च प्रतिवर्ती क्षमता प्रदान कर सकता है, इसकी विशिष्ट क्षमता कम है, और वॉल्यूम विस्तार की समस्या को हल करने की आवश्यकता है। प्रचुर संसाधनों, कम लागत, संरचनात्मक विविधता और उत्कृष्ट इलेक्ट्रोकेमिकल प्रदर्शन के व्यापक लाभों के कारण, अनाकार कार्बन सामग्री को आम तौर पर उद्योग में सोडियम आयन बैटरी के लिए सबसे आशाजनक एनोड सामग्री में से एक माना जाता है। 

हार्ड कार्बन को विभिन्न पूर्ववर्ती प्रणालियों द्वारा तैयार किया जा सकता है, और अग्रदूत का अंतर अंतिम हार्ड कार्बन की सूक्ष्म आकृति विज्ञान और दोष की डिग्री को प्रभावित करेगा, और फिर इसके विद्युत रासायनिक प्रदर्शन को प्रभावित करेगा।

इलेक्ट्रोलाइट

सकारात्मक और नकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्री के अलावा, इलेक्ट्रोलाइट भी एक अपरिहार्य प्रतिक्रिया माध्यम है। सोडियम आयन बैटरी इलेक्ट्रोलाइट में मुख्य रूप से तीन भाग होते हैं: सोडियम नमक, विलायक और योजक। सोडियम नमक इलेक्ट्रोलाइट में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है, जो सीधे बैटरी के चार्ज-डिस्चार्ज प्रदर्शन और जीवन को प्रभावित करता है। बैटरी के स्थिर संचालन को बनाए रखने के लिए, सोडियम नमक में अच्छी विद्युत रासायनिक स्थिरता होनी चाहिए और इलेक्ट्रोड सामग्री के साथ कोई प्रतिकूल प्रतिक्रिया नहीं होनी चाहिए। आदर्श रूप से, सोडियम लवण चयनित विलायक प्रणाली में पूरी तरह से घुलने और इलेक्ट्रोकेमिकल रूप से सक्रिय सोडियम आयन उत्पन्न करने में सक्षम होना चाहिए, ताकि वे इलेक्ट्रोलाइट में स्वतंत्र रूप से स्थानांतरित हो सकें और प्रतिवर्ती प्रतिक्रियाओं के लिए इलेक्ट्रोड सतह तक जल्दी पहुंच सकें। इसके अलावा, उच्च गुणवत्ता वाले सोडियम नमक को बैटरी की सुरक्षा में सुधार के लिए अन्य बैटरी घटकों के साथ होने वाली प्रतिकूल प्रतिक्रियाओं को भी कम करना चाहिए।

भविष्य के विकास की संभावना

यद्यपि लागत के संदर्भ में, सोडियम-आयन बैटरियों में लिथियम-आयन बैटरियों की तुलना में फायदे हैं, लेकिन ऊर्जा घनत्व में स्पष्ट कमियां हैं, और वर्तमान में इन्हें मुख्य रूप से कम बैटरी जीवन आवश्यकताओं और उच्च लागत संवेदनशीलता वाले छोटे मिनी वाहनों पर ले जाया जाता है। हाल के वर्षों में नई ऊर्जा वाहनों के विस्फोटक विकास के साथ, लिथियम-आयन संसाधन तेजी से दुर्लभ होते जा रहे हैं, और यह भविष्यवाणी की जा सकती है कि सोडियम-आयन बैटरी तकनीक एक स्वर्णिम विकास अवधि की शुरूआत करेगी। सामग्री, इलेक्ट्रोकेमिकल प्रदर्शन, सुरक्षा और अन्य पहलुओं में निरंतर सफलता के साथ, सोडियम-आयन बैटरी का औद्योगीकरण भी तेज हो रहा है, वर्तमान छोटे और सूक्ष्म इलेक्ट्रिक वाहनों के अलावा, भविष्य में प्लग-इन हाइब्रिड में भी ले जाने की उम्मीद है। वाहन, वाहन की कीमत को और नीचे खींच लिया जाएगा।