அறை வெப்பநிலை சோடியம்-அயன் பேட்டரிகளின் மறுமலர்ச்சி
பூமியின் மேலோட்டத்தில் ஏராளமான சோடியம் (Na) இருப்புக்கள் மற்றும் சோடியம் மற்றும் லித்தியத்தின் ஒத்த இயற்பியல் வேதியியல் பண்புகள் காரணமாக, சோடியம் அடிப்படையிலான மின்வேதியியல் ஆற்றல் சேமிப்பு பெரிய அளவிலான ஆற்றல் சேமிப்பு மற்றும் கட்டம் மேம்பாட்டிற்கு குறிப்பிடத்தக்க வாக்குறுதியைக் கொண்டுள்ளது. எடுத்துக்காட்டாக, நிலையான மற்றும் மொபைல் பயன்பாடுகளின் வெற்றிகரமான வணிக நிகழ்வுகளான Na/NiCl2 அமைப்புகள் மற்றும் உயர்-வெப்பநிலை Na-S செல்கள் அடிப்படையிலான உயர்-வெப்பநிலை பூஜ்ஜிய உமிழ்வு பேட்டரி ஆராய்ச்சி செயல்பாட்டு செல்கள், சோடியம் அடிப்படையிலான ரீசார்ஜ் செய்யக்கூடிய பேட்டரிகளின் திறனை ஏற்கனவே நிரூபித்துள்ளன. இருப்பினும், அவற்றின் உயர் இயக்க வெப்பநிலை சுமார் 300 °C பாதுகாப்பு சிக்கல்களை ஏற்படுத்துகிறது மற்றும் சோடியம்-அயன் பேட்டரிகளின் (SIBs) சுற்று-பயண செயல்திறனைக் குறைக்கிறது. எனவே அறை வெப்பநிலை (RT) SIBகள் LIBகளுக்கு மிகவும் நம்பிக்கைக்குரிய மாற்று தொழில்நுட்பமாக பரவலாகக் கருதப்படுகின்றன.
கடந்த 200 ஆண்டுகளில் பேட்டரிகளின் வரலாற்றில், SIB கள் மீதான ஆராய்ச்சி LIB வளர்ச்சியுடன் அருகருகே தீவிரமாக மேற்கொள்ளப்பட்டது. லித்தியத்திற்கான TiS2 இன் மின்வேதியியல் செயல்பாடு மற்றும் ஆற்றல் சேமிப்பிற்கான அதன் சாத்தியக்கூறுகள் முதன்முதலில் 1970 களில் முன்வைக்கப்பட்டது. இந்த கண்டுபிடிப்பைத் தொடர்ந்து, TiS+2 இல் Na அயனிகள் செருகப்படுவதற்கான திறன் 1980களின் முற்பகுதியில் உணரப்பட்டது. எல்ஐபிகளுக்கான குறைந்த விலை மற்றும் மிதமான திறன் கொண்ட அனோட் பொருளாக கிராஃபைட் கண்டுபிடிக்கப்பட்டது மற்றும் சோடியம் அயனிகளை ஒன்றிணைக்கத் தவறியது, 1990 களில் விரைவான எல்ஐபி வளர்ச்சி ஏற்பட்டது, சோடியம் வேதியியலின் வளர்ச்சியை முறியடித்தது. பின்னர், 2000 ஆம் ஆண்டில், ஹார்ட் கார்பனில் (HC) சோடியம் சேமிப்பு கிடைப்பது, இது கிராஃபைட்டில் உள்ள Li போன்ற ஆற்றல் திறனை வழங்கும், SIB களில் ஆராய்ச்சி ஆர்வத்தை புதுப்பித்தது.
சோடியம்-அயன் பேட்டரி மற்றும் லித்தியம்-அயன் பேட்டரி ஆகியவற்றின் ஒப்பீடு
SIB களின் மறுமலர்ச்சி - லித்தியம் இருப்புக்கள் இல்லாததால் அதிகரித்து வரும் அழுத்தம் மற்றும் அதனுடன் தொடர்புடைய செலவு அதிகரிப்பு ஆகியவை LIB களுக்கு ஒரு நிரப்பு உத்தியை வழங்குகிறது. புதுப்பிக்கத்தக்க எரிசக்தி தொழில்நுட்பங்களின் அதிகரித்துவரும் ஊடுருவலை திருப்திப்படுத்தும் உந்துதலில், பொருள் அறிவியலில் அடிப்படை சாதனைகளுடன் இணைந்து, SIBகள் அதிகரித்து வரும் ஆராய்ச்சி கவனத்தைப் பெற்றுள்ளன. செல் கூறுகள் மற்றும் SIB களின் மின்வேதியியல் எதிர்வினை வழிமுறைகள் அடிப்படையில் LIB களுடன் ஒத்ததாக இருக்கும், சார்ஜ் கேரியரைத் தவிர, ஒன்றில் Na மற்றும் மற்றொன்றில் Li ஆகும். SIB பொருட்கள் வேதியியலில் விரைவான விரிவாக்கத்திற்கு முக்கிய காரணம் இரண்டு கார உலோகங்களுக்கிடையில் உள்ள இயற்பியல் வேதியியல் பண்புகளில் உள்ள இணையாக உள்ளது.
முதலாவதாக, SIB களின் இயக்கக் கோட்பாடுகள் மற்றும் செல் கட்டுமானம் வணிக LIB களைப் போலவே உள்ளது, இருப்பினும் Na சார்ஜ் கேரியராக செயல்படுகிறது. ஒரு பொதுவான SIB இல் நான்கு முக்கிய கூறுகள் உள்ளன: ஒரு கேத்தோடு பொருள் (பொதுவாக Na- கொண்ட கலவை); ஒரு நேர்மின்வாயில் பொருள் (Na கொண்டிருக்க வேண்டிய அவசியமில்லை); ஒரு எலக்ட்ரோலைட் (ஒரு திரவ அல்லது திட நிலையில்); மற்றும் ஒரு பிரிப்பான். சார்ஜ் செயல்பாட்டின் போது, சோடியம் அயனிகள் கேத்தோட்களில் இருந்து பிரித்தெடுக்கப்படுகின்றன, அவை பொதுவாக அடுக்கு உலோக ஆக்சைடுகள் மற்றும் பாலியானோனிக் கலவைகள், பின்னர் அவை அனோட்களில் செருகப்படுகின்றன, அதே நேரத்தில் மின்னோட்டம் எதிர் திசையில் வெளிப்புற சுற்று வழியாக பயணிக்கிறது. டிஸ்சார்ஜ் செய்யும் போது, "ராக்கிங்-சேர் கொள்கை" என குறிப்பிடப்படும் ஒரு செயல்பாட்டில் Na அனோட்களை விட்டு வெளியேறி கேத்தோட்களுக்குள் திரும்புகிறது. இந்த ஒற்றுமைகள் SIB தொழில்நுட்பத்தின் ஆரம்ப புரிதல் மற்றும் விரைவான வளர்ச்சிக்கு உதவியது.
மேலும், Na இன் பெரிய அயனி ஆரம் அதன் சொந்த நன்மைகளைக் கொண்டுவருகிறது: மின்வேதியியல் நேர்மறையின் நெகிழ்வுத்தன்மை மற்றும் துருவ கரைப்பான்களில் டி-சொல்வேஷன் ஆற்றல் குறைதல். Li மற்றும் மாற்றம் உலோக அயனிகளுக்கு இடையே உள்ள அயனி ஆரம் உள்ள பெரிய இடைவெளி பொதுவாக பொருள் வடிவமைப்பின் நெகிழ்வுத்தன்மையின் தோல்விக்கு வழிவகுக்கிறது. மாறாக, ஒரு சோடியம் அடிப்படையிலான அமைப்பு லித்தியம் அடிப்படையிலான அமைப்பை விட நெகிழ்வான திடமான கட்டமைப்புகளை செயல்படுத்துகிறது, மேலும் மகத்தான அயனி கடத்துத்திறனைக் கொண்டுள்ளது. ஒரு பொதுவான உதாரணம் β-Al2O3 ஆகும், இதற்கு Na இடைக்கணிப்பு சரியான அளவு மற்றும் அதிக கடத்துத்திறன் கொண்டது. சோடியம் அடிப்படையிலான அமைப்பில் வெவ்வேறு M+x+ அடுக்கி வைக்கும் முறைகளைக் கொண்ட அதிக அடுக்கு மாற்ற உலோக ஆக்சைடுகளை எளிதாக உணர முடியும். இதேபோல், சோடியம் அயனி கடத்தி (NaSICON) குடும்பத்திற்கு அறியப்பட்ட பல்வேறு வகையான படிக கட்டமைப்புகள் லித்தியம் அனலாக்ஸை விட மிகவும் சிக்கலானவை. மிக முக்கியமாக, NaSICON சேர்மங்களில் அதிக அயனி கடத்துத்திறன் அனுமதிக்கப்படலாம், இது லித்தியம் அயனி கடத்தி (LiSICON) சேர்மங்களில் உள்ள அயனி கடத்துத்திறனை விட அதிகமாக உள்ளது.
கடைசியாக ஆனால் குறைந்தது அல்ல, வெவ்வேறு அப்ரோடிக் துருவ கரைப்பான்கள் கொண்ட முறையான ஆய்வுகள் Na இன் பெரிய அயனி ஆரம் பலவீனமான சிதைவு ஆற்றலை ஏற்படுத்துகிறது என்பதை நிரூபித்துள்ளது. இரண்டும் ஒரே வேலன்ஸ் கொண்டிருக்கும் போது சிறிய Li ஆனது Na ஐ விட மையத்தைச் சுற்றி அதிக மேற்பரப்பு மின்னூட்ட அடர்த்தியைக் கொண்டுள்ளது. எனவே துருவ கரைப்பான் மூலக்கூறுகளுடன் அதிக எலக்ட்ரான்களைப் பகிர்வதன் மூலம் லி வெப்ப இயக்கவியல் நிலைப்படுத்தப்படுகிறது. அதாவது, லியை ஒரு வகை லூயிஸ் அமிலமாக வகைப்படுத்தலாம். இதன் விளைவாக, அதிக துருவப்படுத்தப்பட்ட Li க்கு ஒப்பீட்டளவில் அதிக சிதைவு ஆற்றல் தேவைப்படுகிறது, இது Li ஐ திரவ நிலையிலிருந்து (எலக்ட்ரோலைட்) திட நிலைக்கு (மின்முனை) கொண்டு செல்வதன் மூலம் ஒப்பீட்டளவில் பெரிய பரிமாற்ற எதிர்ப்பைத் தூண்டுகிறது. கரைதல் ஆற்றல் திரவ/திட இடைமுகத்தில் நிகழும் பரிமாற்ற இயக்கவியலுடன் நெருங்கிய தொடர்புடையது என்பதால், ஒப்பீட்டளவில் குறைந்த டிசல்வேஷன் ஆற்றல் உயர்-சக்தி SIBகளை வடிவமைப்பதில் குறிப்பிடத்தக்க நன்மையாகும்.