Натрій-іонний акумулятор

Ця стаття містить правописні, лексичні, граматичні, стилістичні або інші мовні помилки, які треба виправити. Ви можете допомогти вдосконалити цю статтю, погодивши її із чинними мовними стандартами. (квітень 2019)

Натрій-іонний акумулятор (англ. Sodium-ion battery; скорочено NIB, SIB або Na-ion) — тип акумуляторних батарей, що використовують іони натрію (Na+) в якості носіїв заряду. У деяких випадках його принцип роботи та конструкція елементів подібні до літій-іонних акумуляторів (LIB), але він замінює літій на натрій як інтеркалюючий іон. Натрій належить до тієї ж групи періодичної таблиці, що й літій, і тому має подібні хімічні властивості. Хоча в деяких випадках (наприклад, водні Na-іонні акумулятори) вони суттєво відрізняються від літій-іонних акумуляторів.

Вартість застосовуваних в ньому матеріалів значно нижча (натрій приблизно в 100 разів дешевший від літію). Тому в найближчі роки прогнозується широке поширення таких акумуляторів замість літієвих, зокрема, в електромобілях. Великою перевагою натрій-іонних батарей є нешкідливість розряду до нуля, що робить безпечнішими їхні перевезення і зберігання^{[джерело?]}.

SIB викликали академічний і комерційний інтерес у 2010-х і на початку 2020-х років, головним чином через нерівномірний географічний розподіл, високий вплив на навколишнє середовище та високу вартість літію. Очевидною перевагою натрію є його природне поширення ^[1], особливо в солоній воді.

Електромобілі, які використовують натрій-іонні акумулятори, ще не доступні в продажу. Проте компанія CATL, найбільший у світі виробник літій-іонних батарей, у 2022 році оголосила про початок масового виробництва SIB. У лютому 2023 року китайська компанія HiNA Battery Technology Company, Ltd. вперше розмістила натрій-іонний акумулятор ємністю 140 Вт-год/кг в електричному тестовому автомобілі^[2], а виробник накопичувачів енергії Pylontech отримав перший сертифікат натрієво-іонного акумулятора від TÜV Rheinland.^[3]

Розробка цього типу акумулятора тривала незвично довго — з 1990-х років, а серійне виробництво розпочалось лише 2013 року (компанія Aquion Energy випустила першу Na-Ion батарею в форматі батареї 18650)^[4]. Продовження досліджень швейцарськими вченими дозволило в 2017 році одержати значно більшу стабільність ємності по числу циклів заряд-розряд^[5].

Складності в заміні літію більш дешевим натрієм виникли через різницю розмірів катіонів натрію Na⁺ і літію Li⁺: більший діаметр катіонів натрію ускладнював створення сепараторів.

В листопаді 2017 французька компанія Electrochemical Energy Storage (RS2E) анонсувала нову покращену батарею формату 18650, що мала напругу 3,5 В, ємність 90 Вт*год/кг, та понад 2000 циклів заряду-розряду без суттєвої втрати ємності, що відповідає приблизно 10 рокам експлуатації^[6][7].

Елементи акумулятора складаються з катода (матеріали на основі натрію), анода (різні матеріали, в тому числі на основі вуглецю, або металів), та рідкого електроліта. Під час заряджання іони натрію рухаються від катода до анода, а електрони рухаються по зовнішньому контуру. Під час розряджання відбувається зворотний процес.

• вуглецеві матеріали, в тому числі графен
• арсенід вуглецю
• метали та напівметали - (P, Pb, Sn, Ge) утворюють з натрієм стійкі сплави. Але через дендритну кристалізацію анода більшість дуже швидко деградує. Добре себе показують сполуки з оловом, та фосфатами.
• металеві сплави
• деякі інші матеріали, такі як ртуть, електроактивні полімери, терефталат натрію, які не викликали комерційного інтересу.

• оксиди
• оксоаніони
• берлінська лазур

Натрієво-іонні акумулятори можуть використовувати водні та неводні електроліти.

Натрій-іонний акумулятор видає напругу 3,6 В, має ємність не менше 115 А*год/кг після 50 циклів, розрахункову повну ємність (за катодом) 400 Вт*год/кг^[8]. Ресурс акумуляторів обмежував можливість комерційного використання, але після 2015 року вдалося значно збільшити число циклів роботи, використовуючи багатошаровий оксидний катод^[9].