فرآیند تولید باتری سدیم یون: از مواد اولیه گرفته تا سلول های تمام شده

باتری های یون سدیم (باتری های یون NA) به دلیل فراوانی و هزینه کم منابع سدیم ، به عنوان یک جایگزین امیدوارکننده برای باتری های لیتیوم یون توجه قابل توجهی را به خود جلب کرده اند. فرآیند تولید باتری های یون سدیم شباهت های زیادی را با باتری های لیتیوم یون به اشتراک می گذارد ، اما به دلیل خاصیت منحصر به فرد مواد مبتنی بر سدیم نیز تفاوت های اساسی وجود دارد. در این مقاله مراحل کلیدی در فرآیند تولید باتری سدیم یون بیان شده است.

مواد کاتدی

مواد کاتدی متداول برای باتری های یون سدیم شامل اکسیدهای لایه ای (naxtmo2 ، جایی که فلز انتقال tm {2}}) ، ترکیبات پلی آنئونیک (مانند Na3V2 (PO4) 3) و آنالوگ های آبی پروس است. این مواد از طریق واکنش حالت جامد ، فرآیندهای ژل SOL یا روشهای قبل از بارداری سنتز می شوند.

مواد آندی

کربن سخت حاصل از زیست توده یا زمین ، پرکاربردترین ماده آند برای باتری های یون سدیم است. پیش سازهای کربن سخت در دماهای بالا (به طور معمول درجه {1}}) برای ایجاد یک ساختار کربن بی نظم مناسب برای ذخیره یون سدیم کربن می شوند.

الکترولیت

الکترولیت معمولاً از نمکهای سدیم (مانند NaClO4 ، NAPF6 یا NATFSI) تشکیل شده در حلال های مبتنی بر کربنات (EC ، DMC ، PC) تشکیل شده است. الکترولیتهای حالت جامد ، از جمله مواد نصیکون و سولفید نیز در دست توسعه هستند.

جدا کننده

جداکننده های پلی اتیلن (PE) و پلی پروپیلن (PP) ، که معمولاً در باتری های لیتیوم یون مورد استفاده قرار می گیرند ، می توانند در باتری های یون سدیم نیز استفاده شوند ، اگرچه سازگاری با الکترولیتهای Na-ion با دقت ارزیابی می شود.

تهیه دوغاب

مواد فعال (کاتد و آند) ، مواد افزودنی رسانا (کربن سیاه) و اتصال دهنده ها (مانند PVDF ، CMC یا SBR) با حلال ها (NMP برای کاتد ، آب برای آند) مخلوط می شوند تا یک دوغاب یکنواخت ایجاد کنند.

روکش

دوغاب به طور مساوی روی فویل آلومینیوم (کاتد) و فویل مس (آند) پوشیده شده است. برای برخی از باتری های یون سدیم ، هر دو الکترود بسته به پنجره ولتاژ و خاصیت مواد ممکن است از فویل آلومینیومی استفاده کنند.

خشک شدن

الکترودهای روکش شده برای از بین بردن حلال های باقیمانده در اجاق ها خشک می شوند. دمای و مدت زمان خشک شدن با دقت کنترل می شود تا از تخریب مواد جلوگیری شود.

پس از خشک شدن ، الکترودها برای دستیابی به ضخامت یکنواخت ، بهبود تراکم و اطمینان از تماس خوب بین مواد فعال و جمع کننده های فعلی ، از یک جفت غلطک دقیق عبور می کنند.

الکترودها به شکل های مورد نظر برش داده می شوند (معمولاً برای سلولهای کیسه ای یا استوانه ای برای سلولهای استوانه ای). الکترود مثبت ، جداکننده و الکترود منفی در قالب سلول نهایی جمع می شوند.

سلول های کیسه ای

لایه های جداکننده الکترود انباشته در یک کیسه آلومینیومی پلاستیک محصور شده اند. الکترولیت به کیسه تزریق می شود ، و کیسه برای جلوگیری از نشت از گرما استفاده می شود.

سلولهای استوانه ای و منشوری

مونتاژ الکترود زخم در یک قوطی فلزی وارد می شود. الکترولیت اضافه می شود و پس از آن با یک کلاه آب بندی می شود.

سلولهای مونتاژ شده تحت یک فرآیند شارژ اولیه قرار می گیرند که به عنوان تشکیل شناخته می شود. این مرحله به لایه رابط الکترولیت جامد (SEI) اجازه می دهد تا روی سطح آند شکل بگیرد که برای پایداری باتری بسیار مهم است. پروتکل های تشکیل باتری های یون سدیم ممکن است به دلیل شیمیایی مختلف SEI با سلولهای لیتیوم یون کمی متفاوت باشند.

پس از تشکیل ، سلولها برای چند روز برای تثبیت شیمی داخلی خود به مدت چند روز باقی مانده اند. هر سلول تحت آزمایش های کنترل کیفیت ، از جمله بررسی ظرفیت ، اندازه گیری مقاومت داخلی ، تشخیص نشت و تست های ایمنی قرار دارد.

سلولهای آزمایش شده در ماژول ها و بسته های باتری جمع می شوند. سیستم های مدیریت باتری (BMS) برای نظارت بر ولتاژ ، دما و جریان برای اطمینان از عملکرد ایمن یکپارچه شده اند.

فرآیند تولید باتری سدیم بخش اعظم زیرساخت های باتری لیتیوم یون موجود را افزایش می دهد و اتخاذ تولید کنندگان آن را نسبتاً آسان می کند. با این حال ، مواد یون سدیم خصوصیات الکتروشیمیایی و فیزیکی مختلفی را نشان می دهند ، که نیاز به تنظیماتی در فرمولاسیون دوغاب ، انتخاب الکترولیت و پروتکل های تشکیل دارد. از آنجا که فناوری سدیم یون همچنان بالغ می شود ، مزیت هزینه آن و فراوانی مواد اولیه می تواند آن را به یک رقیب قوی در کاربردهای ذخیره انرژی در مقیاس بزرگ تبدیل کند.