Framleiðsluferli natríumjónar rafhlöðu: Frá hráefnum til fullunnna frumna

Natríumjónarafhlöður (Na-jón rafhlöður) hafa vakið verulega athygli sem efnilegur valkostur við litíumjónarafhlöður vegna gnægð og litlum tilkostnaði við natríumauðlindir. Framleiðsluferlið natríumjónarafhlöður deilir mörgum líkt með litíumjónarafhlöðum, en það er einnig nokkur lykilmunur vegna einstaka eiginleika natríum-byggðra efna. Þessi grein gerir grein fyrir lykilþrepunum í framleiðsluferli natríumjónar rafhlöðu.

Efni bakskauts

Algengt bakskautsefni fyrir natríumjónarafhlöður eru með lagskiptum oxíðum (NAXTMO2, þar sem TM=umbreytingarmálmur), pólýanionic efnasambönd (eins og Na3V2 (PO4) 3) og prússneskir bláir hliðstæður. Þessi efni eru búin til með viðbrögðum við fastan stað, sol-gel ferla eða sam-forgangsaðferðir.

Rafskautaefni

Harð kolefni, sem er dregið af lífmassa eða tónhæð, er mest notaða rafskautaverkefnið fyrir natríumjónarafhlöður. Forverar harða kolefnis eru kolsýrðir við hátt hitastig (venjulega 1000-1300 gráðu) til að búa til truflaða kolefnisbyggingu sem hentar fyrir natríumjónargeymslu.

Salta

Raflausnin samanstendur venjulega af natríumsöltum (svo sem NaClo4, NAPF6 eða NATFSI) sem eru uppleyst í leysum sem byggir á karbónati (EC, DMC, PC). Raflausnir í fastri ástandi, þar með talið nasicon og súlfíð byggð efni, eru einnig í þróun.

Skilju

Einnig er hægt að beita pólýetýleni (PE) og pólýprópýleni (PP), sem oft eru notaðir í litíumjónarafhlöður, á natríumjónarafhlöður, þó að eindrægni við Na-jón raflausnir séu metnar vandlega.

Slurry undirbúningur

Virku efnunum (bakskaut og rafskautaverksmiðju), leiðandi aukefni (kolsvart) og bindiefni (svo sem PVDF, CMC eða SBR) er blandað saman við leysiefni (NMP fyrir bakskaut, vatn fyrir rafskautaverksmiðju) til að búa til samræmda slurry.

Húðun

Slurry er jafnt húðað á álpappír (bakskaut) og koparpappír (rafskaut). Fyrir sumar natríumjónarafhlöður geta báðar rafskautin notað álpappír, allt eftir spennu glugganum og efniseiginleikum.

Þurrkun

Húðuðu rafskautin eru þurrkaðar í ofnum til að fjarlægja leysir leifar. Þurrkunarhitastiginu og lengd er stjórnað vandlega til að koma í veg fyrir niðurbrot efnis.

Eftir þurrkun fara rafskautin í gegnum par af nákvæmni rúlla til að ná einsleitri þykkt, bæta þéttleika og tryggja góða snertingu milli virku efna og núverandi safnara.

Rafskautin eru skorin í viðeigandi form (venjulega rétthyrnd fyrir pokafrumur eða sívalur fyrir sívalur frumur). Jákvæð rafskaut, skilju og neikvæð rafskaut er staflað eða slitið á lokasniðið.

Pokafrumur

Stöfluðu rafskautsskiljunarlögin eru lokuð í álplastpoka. Raflausn er sprautað í pokann og pokinn er hitasigur til að koma í veg fyrir leka.

Sívalur og prismatískar frumur

Sár rafskautasamsetningin er sett í málmdós. Raflausn er bætt við, fylgt eftir með innsigli með hettu.

Samsettar frumur gangast undir upphafshleðsluferli, þekkt sem myndun. Þetta skref gerir kleift að mynda fast raflausnarviðmótið (SEI) lagið á yfirborðs rafskautsins, sem skiptir sköpum fyrir stöðugleika rafhlöðunnar. Myndunarferli fyrir natríumjónarafhlöður geta verið lítillega frábrugðin litíum-jónafrumum vegna mismunandi SEI efnafræðinga.

Eftir myndun eru frumurnar látnir eldast í nokkra daga til að koma á stöðugleika í innri efnafræði þeirra. Hver klefi gengst undir gæðaeftirlitspróf, þar með talið afkastagetu, mælingar á innri viðnám, uppgötvun leka og öryggispróf.

Prófaðar frumur eru settar saman í einingar og rafhlöðupakka. Rafhlöðustjórnunarkerfi (BMS) eru samþætt til að fylgjast með spennu, hitastigi og straumi til að tryggja örugga notkun.

Framleiðsluferlið natríumjónar rafhlöðu nýtir mikið af núverandi litíumjónarafhlöðuinnviði, sem gerir það tiltölulega auðvelt fyrir framleiðendur að nota. Samt sem áður, natríumjónarefni sýna mismunandi rafefnafræðilega og eðlisfræðilega eiginleika, sem krefjast nokkurra aðlögunar í slurry mótun, raflausnarval og myndun samskiptareglur. Þegar natríumjónartækni heldur áfram að þroskast, gæti kostnaðar kostur þess og hráefni gnægð gert það að sterkum keppanda í stórum stíl orkugeymsluforritum.