Valdano (2 days)
Zdroj ScienceDirect: Bezpečnostní hledisko sodíkových iontových baterií pro praktické aplikace (srpen 2024)
Praktická poptávka po vývoji nových systémů skladování energie s nízkou cenou a vysokou bezpečností v průběhu let vedla k vývoji sodíkových iontových baterií (SIB). Ve srovnání s LIB (Li-Ion baterií) vykazují SIB mnoho výhod, jako jsou bohaté zdroje surovin, nízké náklady a vynikající výkon při nízkých teplotách. Mnoho výzkumů zejména prokázalo, že SIB mají extrémně vysoký potenciál pro budování vysoce bezpečných systémů skladování energie. Passerini a kolektiv zjistili, že čisté sodné soli, jako důležité suroviny pro SIB, vykazují lepší tepelnou stabilitu ve srovnání s podobnými lithnými solemi, což dává SIB vyšší bezpečnost. Maova skupina zkoumala chování SIB při tepelném úniku pomocí akcelerační rychlostní kalorimetrie (ARC) a zjistila, že SIB využívající katodu Na x Ni 1/3 Fe 1/3 Mn 1/3 O2 mohou během tepelného úniku dosáhnout maximální teploty 312,24 °C, což je nižší než teplota LIB. Kromě toho mají SIB nižší riziko zkratu, protože separátor SIB je méně náchylný k pronikání dendritů sodných s nižší mechanickou pevností ve srovnání s dendrity lithnými. To však neznamená, že obavy o bezpečnost SIB lze zanedbat. Podobně jako u LIB je nejrozšířenějším elektrolytem v SIB organický elektrolyt. Hořlavost, vysoká elektrochemická reaktivita a korozivnost organických kapalných elektrolytů přináší vážná bezpečnostní rizika pro SIB. Navíc je poloměr Na iontů větší než u Li iontů, což vede k větším objemovým změnám a strukturálnímu kolapsu katody během extrakce Na.
Doposud bylo vyvinuto mnoho strategií z hlediska elektrolytů, anod a katod pro vytvoření vysoce bezpečných SIB. Strategie pro navrhování vysoce bezpečných elektrolytů zahrnují modifikaci organických kapalných elektrolytů, elektrolyty v pevném stavu (SSE) a vodný elektrolyt. Modifikace organických elektrolytů může zlepšit vnitřní stabilitu elektrolytu a zmírnit bezpečnostní problémy, jako jsou dendrity sodíku, mezifázový rozklad pevného elektrolytu (SEI) a vedlejší reakce. Nahrazením organických elektrolytů SSE a vodnými elektrolyty s extrémně nízkou hořlavostí se výrazně sníží riziko hoření a výbuchu SIB. Kromě toho strategie začínající od anody a katody, včetně umělého SEI, objemové modifikace anody a hromadného návrhu katody, mohou také zvýšit bezpečnost SIB. Vytvořením umělé ochranné vrstvy na nedotčeném povrchu anody může umělá SEI účinně zlepšit stabilitu anody a celkovou bezpečnost SIB. Hromadná modifikace anody s nízkou cenou může účinně potlačit dendrity sodíku, rozklad SEI a vedlejší reakce úpravou struktury a chemického prostředí povrchu anody. Prostřednictvím zvýšení vnitřní stability katody může katodový objemový design potlačit tepelný rozklad katody a poškození mechanické struktury a konstruovat vysoce bezpečné SIB s vynikajícím elektrochemickým výkonem. Většina současné přehledové literatury se však zaměřuje na konkrétní problém, jako je tepelný únik a zkrat způsobený dendrity, a odpovídající strategie zlepšování, což má za následek potíže při poskytování pokynů pro zvýšení celkové bezpečnosti SIB.
Aby se zaplnila mezera ve všestranném zlepšování zabezpečení, tento přehled komplexně přezkoumává pokročilé strategie modifikace ze tří hledisek: elektrolyt, anoda a katoda. Protože selhání SIB je způsobeno řetězovými reakcemi, je nejprve uveden hloubkový profil příčin problémů s bezpečností baterií spojených s každou komponentou a odpovídající dopady. Následně jsou analyzovány a porovnány různé strategie zlepšování zaměřené na konkrétní bezpečnostní problémy podle různých komponent, včetně objasnění podpůrných mechanismů a vyhodnocení funkcí a výkonu. Zejména je na konci navrženo shrnutí a pokyny pro navrhování vysoce bezpečných SIB, jejichž cílem je prohloubit pochopení výzkumných pracovníků v otázkách bezpečnosti SIB a stimulovat vývoj vysoce bezpečných SIB.
Úryvky oddílů
Problémy s bezpečností sodíkových iontových baterií
SIB se skládají hlavně ze tří částí: elektrolyt, anoda a katoda. Obecně platí, že různé vnitřní charakteristiky a specifické prostředí použití těchto klíčových komponent přináší různé bezpečnostní problémy, které mohou bránit dalšímu použití SIB. Například vnitřní nestabilita elektrolytů, včetně hořlavosti, vysoké elektrochemické reaktivity a korozivnosti, představuje pro elektrolyty významné bezpečnostní obavy. Bezpečnost anody je vážně ohrožena...
Elektrolyt
Elektrolyty jako důležitá složka SIB hrají zásadní roli při určování bezpečnosti SIB. Bezpečnostní strategie založená na úpravě elektrolytu může současně vyřešit inherentní bezpečnostní problémy elektrolytů a zlepšit bezpečnost anody a katody. V současnosti existuje několik strategií pro navrhování vysoce bezpečných elektrolytů, založených na modifikaci organických kapalných elektrolytů, SSE a vodných elektrolytech...
Závěry a perspektivy
V tomto přehledu nejprve shrnujeme bezpečnostní problémy SIB a odhalíme základní příčiny těchto bezpečnostních problémů. Poté, počínaje základními příčinami bezpečnostních problémů, navrhujeme četné modifikační metody, které jsou založeny na klíčových komponentách SIB, a vysvětlujeme jejich základní mechanismy zlepšování. Kromě toho dále systematicky porovnáváme a analyzujeme různé strategie zlepšování, včetně výhod a nevýhod, a také budoucí směry vývoje...
Další zdroj třeba Jsou sodíkové iontové baterie bezpečné? (červen 2024)
Podrobné bezpečnostní vlastnosti sodíkových iontových baterií
Konstrukce a složení sodíkových iontových baterií zahrnuje několik klíčových funkcí zaměřených na zvýšení jejich bezpečnosti, díky čemuž jsou vhodné pro širokou škálu aplikací od síťového úložiště po elektrická vozidla.
1. Možnosti a inovace elektrolytů: Výzkumníci vyvíjejí různé formulace elektrolytů pro sodíkové iontové baterie, včetně vodných a pevných variant. Vodné elektrolyty výrazně snižují riziko požáru, protože nejsou hořlavé jako organická rozpouštědla používaná v běžných lithium-iontových bateriích. Elektrolyty v pevné fázi nabízejí ještě větší bezpečnost tím, že eliminují kapalnou složku, která je často zranitelným místem pro úniky a chemickou nestabilitu.
2. Tepelná stabilita: Sodíkové iontové baterie obecně fungují při vyšších vnitřních teplotách bez degradace. Tato vlastnost pramení z vlastní chemické stability sodíku, která je méně náchylná k prudkým reakcím, pokud je baterie poškozena nebo s ní nesprávně manipulováno.
3. Robustní konstrukce článků: Pokroky v katodových a anodových materiálech speciálně přizpůsobených technologii sodíkových iontů nejen zlepšují hustotu energie a účinnost baterie, ale také zlepšují její strukturální integritu. To snižuje pravděpodobnost mechanického selhání, které by mohlo vést k bezpečnostním incidentům.