나(Na)의 매력

나트륨 이온은 기후 위기를 해결하기 위한 화학자 키트의 또 다른 도구입니다

보스턴, 2023년 5월 31일 /PRNewswire/ -- Na 이온은 아마도 리튬 이온 외에 가장 눈에 띄는 금속 이온 배터리 화학 물질일 것이며, 동일한 '흔들 의자'(알칼리 이온이 비금속 배터리에서 이동하는 곳)를 통해 작동합니다. 방전 중 양극에서 음극으로, 충전 중 반대) 양극과 음극에서 가역적 양이온 삽입 원리. 재료는 리튬 이온과 유사할 수 있으며 금속 산화물은 종종 음극으로 사용되고 탄소 기반 재료는 양극으로 사용됩니다. 그러나 Na+의 크기가 삽입되기에는 너무 크기 때문에 탄소는 흑연 형태가 될 수 없으며 실제로 재료 선택은 리튬 이온 화학과 크게 다를 수 있습니다.

다양한 음극 접근법

음극 재료의 세 가지 주요 계열은 층상 금속 산화물, 다중음이온 화합물 및 PBA(프러시안 블루 유사체)입니다. 전이금속 층상 산화물은 가역적인 나트륨 삽입을 허용하는 2차원 층상 구조를 가지고 있습니다. 이들 화합물의 가장 큰 장점은 분자량이 낮아 이론적 비용량이 높다는 점입니다. 그러나 중간 정도의 산화환원 전위를 갖는 것 외에도 나트륨 이온의 탈삽입 중에 여러 상 전이가 발생하여 특히 고전압에서 충전/방전 중에 구조적 불안정이 발생하여 순환성이 낮아집니다.

구조적 틀 내에서 높은 안정성과 빠른 이온 이동성 덕분에 다중음이온 물질은 Na 이온 배터리의 유망한 음극 물질로 집중적으로 연구되고 있습니다. 이러한 물질은 일반적으로 층상 산화물보다 용량이 낮고(일반적으로 분자량이 높기 때문에) 전자 전도도가 낮지만 전압이 높고 구조적 안정성이 높기 때문에 매우 매력적인 것으로 간주됩니다.

세 번째 관심 제품군은 PBA(프러시안 블루 유사체)입니다. 나트륨 이온이 빠르게 확산될 수 있는 큰 채널이 있는 3D 구조를 가지고 있습니다. 또한 풍부하고 저렴하며 독성이 없는 원소로 구성됩니다. PBA의 또 다른 장점은 합성이 단순하다는 것입니다. 주요 단점은 밀도가 낮아 층상 산화물에 비해 체적 에너지 밀도가 낮다는 것입니다.

리튬 이온 배터리와 마찬가지로 각 음극재 제품군에는 전기화학적 성능, 지속 가능성, 비용 등의 측면에서 장점과 단점이 있습니다. 이 시나리오를 고려하면 단일 승리 화학은 없습니다. 다양한 응용 분야에 대한 광범위한 시장으로 인한 광범위한 요구 사항을 충족하기 위해 여러 Na 음극이 공존할 가능성이 더 높습니다. IDTechEx 보고서 "나트륨 이온 배터리(2023-2033년): 기술, 기업, 시장 및 예측"은 나트륨 이온 배터리 시장의 산업 발전을 다루고 주요 기업 화학에 대한 특허 분석을 제공합니다.

Na-Ion 배터리는 정말 지속 가능합니까?

Na 이온 배터리의 핵심 가치 제안 중 하나는 지속 가능한 소재를 사용한다는 것입니다. 나트륨은 널리 이용 가능하며 코발트와 같은 문제가 있는 물질은 피할 수 있습니다.

양극재는 코발트를 사용할 가능성이 적지만 바나듐과 같은 상대적으로 비싼 재료를 사용할 수 있습니다. 리튬 이온과 비교하여 Na 이온은 리튬보다 나트륨을 사용하기 때문에 더 지속 가능한 것으로 판매될 수 있습니다. 이는 리튬이 리튬 이온 셀에서 작은 비율만을 차지한다는 점을 고려하면 이는 지나치게 단순화된 것입니다. Na 이온 전지는 전극에 저가의 재료를 사용할 수 있고 실제로 사용하고 있지만 LFP 또는 망간 기반 음극을 사용하는 리튬 이온의 경우에도 마찬가지입니다. 알루미늄을 음극 및 양극 집전체로 사용할 가능성은 비용 절감 효과를 제공할 수 있습니다. 값비싼 재료와 값싼 재료를 모두 사용할 수 있으므로 전극 재료 선택도 이와 관련하여 중요합니다.

원자재 추출에 필요한 투자가 부족하여 중기적으로 리튬 공급이 부족할 수 있는 기회가 존재합니다. 재활용을 계산하기 전에 리튬 이온의 예측 수요를 충족할 만큼 충분한 리튬 자원이 있지만, 이 리튬을 채굴할 수 있는 용량은 필요한 속도로 증가하지 않았으며, 중간 및 중간 규모에서 대체 화학(예: Na 이온)에 대한 기회를 제공합니다. 장기간. Na 이온 배터리에 대한 IDTechEx 보고서는 고정식 에너지 ​​저장 장치 및 마이크로 EV와 같은 응용 분야에서 Na 이온 배터리에 대한 수요가 증가할 것으로 예측합니다.