이미지 출처 : Purdue University
오늘날 사람들은 리튬 이온 배터리에 크게 의존하고 있으며, 전기 자동차 및 배터리 에너지 저장 시스템의 운전에 따라 리튬 배터리 및 리튬 광산에 대한 수요가 날로 증가하고 있습니다. 그러나 리튬 재료가 결국 소모되면 에너지 재앙이 발생합니까?
따라서 미국 퍼듀 대 (Purdue University)는 원자재가 풍부하고 재료비가 저렴한 나트륨 이온 전지로 전환하여 최근에는 나트륨 이온 전지에서 충 방전 이온의 "장애"문제를 성공적으로 해결하고 배터리 충전 및 방전의 안정성과 용량을 향상시켰다.
나트륨은 지구의 지각의 함량과 비용면에서 리튬 광보다 약간 낫다. 나트륨 크러스트의 함량은 2.6 %로 높고 나트륨 함량은 6 이상이다. 비교하면 리튬은 27에 불과하지만 가격이 비싸면 리튬과 나트륨이 더 많다. 100 배 다르며 리튬은 미터당 톤당 약 15,000 달러이며 나트륨은 150 달러입니다 분명히 나트륨은 배터리에서 더 성공적이지만 왜 나트륨 이온 배터리는 아직 상용화되지 않았습니까?
현재 과학자들은 나트륨 - 물 연소 반응을 제어 할 수 있었지만 상업화의 길에서 나트륨 이온 배터리는 여전히 해결해야 할 큰 장애물을 가지고있다. 나트륨 이온은 배터리 충전 및 방전 중에 쉽게 손실된다.
나트륨 이온 배터리는 리튬 이온 배터리와 같은 방식으로 작동하며 주로 음극과 음극 사이에서 움직이는 나트륨 이온에 의존하지만 음극으로 이동하지 않고도 충 방전시 음이온에 흡착되는 경향이 있습니다.
이 상황은 흑연 전극 위에 1000 분의 1 밀리미터 두께의 필름을 형성하는 고체 전해질 간극 (SEI)으로도 알려져 있으며, 이온이 전극에있을 때 산성 전해질의 유해 반응으로부터 탄소 입자를 보호합니다. Purdue 대학의 화학 공학 부교수 인 Vilas Pol은 SEI 현상이 나쁜 것은 아니지만 SEI 필름이 너무 두껍기 때문에 충전에 필요한 나트륨 이온을 소비 할 수 없다고 말했다.
따라서 Purdue 대학은 용액을 제안하였으며, 나트륨을 분말로 만들면 탄소 입자를 보호하기 위해 필요한 나트륨을 제공 할 수 있으며 충 방전에 필요한 나트륨 이온을 소비하지 않는다.
나트륨과 수증기의 접촉을 줄이기 위해 연구진은 불활성 가스 아르곤으로 채워진 글로브 박스에서 실험을 수행했으며, 초음파를 사용하여 대량의 나트륨을 녹여 우유와 같은 액체를 만들었고, 마지막으로 액체를 냉각시키고 부유시켰다. 헥산 용액에서, 나트륨 입자는 용액 중에 고르게 분포 될 수있다.
실험 결과는 과학자들의 예상과도 상당히 일치한다. 나트륨 서스펜션이 양극이나 음극에 추가되면 나트륨 이온 배터리의 충전 및 방전 안정성과 배터리 용량이 효과적으로 향상된다 .Pol은 전극 처리 공정이 약간 수정되면 나트륨 이온 배터리를 상업화하는 데 도움이되는 또 다른 방법 인 배터리 성능을 향상시킬 수 있습니다.
나트륨 이온의 양은 리튬 이온의 약 2 배이지만 리튬 이온 배터리의 무게 또는 에너지 밀도와 비교되지 않을 수 있지만이 기술의 비용은 상대적으로 낮으며 그리드 수준 배터리 에너지 저장 시스템의 비용을 크게 줄일 것으로 예상됩니다. Purdue University의 신기술은 나트륨 이온 배터리의 개발을 선도하여 임시 신청서를 제출했습니다.
