Натрий-иондық аккумуляторлар нелерден жасалған?

Natriy-iondyq neler? Аккумуляторлар Жасалған?

Natriy-ion akkumulyatorı – бұл жалғыз материал емес. Бұл қатты таңдалған катод ұнтақтары, анод ұнтақтары, электролит тұздары, бөлгіштер, ток жинаушылар, аккумуляторды басқару жүйесі және барлығын біріктіретін механикалық қораптан тұратын көпқабатты құрылым. B2B сатып алушылар үшін натрий-ионды аккумуляторларды бағалаған кезде —әсіресе импортёрлер, дистрибьюторлар, опттау сатушылар және автомобильдің старт-стоп қолданбаларына назар аударатын OEM немесе ODM сатып алу топтары үшін —аккумулятордың ішінде нақты не бар екенін түсіну – бұл өнімді оның химиялық белгісі бойынша таңдау мен шынайы өнімділікті қамтамасыз ететін инженерлік шешімдер бойынша таңдау арасындағы айырмашылық.

Бұл нұсқаулық натрий-ионды аккумулятордың негізгі компоненттерін бір қабаттан бір қабатқа дейін қарастырады, әрбір материалдың таңдалуының маңызын түсіндіреді және старт-стоп автокөлігінің мотор қорабының астында болатын элемент түрі үшін осы таңдаулардың қандай мағынаға ие екенімен аяқталады.

_______________________________________________________________________

Катод Материалы Тобы

Катод — ең айнымалы натрий-ионды аккумулятор компоненті. Қазіргі уақытта нарықтағы әртүрлі натрий-ионды химиялық құрамдар әртүрлі катодтық материалдар отбасын қолданады, ал катодты таңдау — элементтің энергия тығыздығы деңгейін, циклдық қасиеттерін, құнының динамикасын және тіпті төмен температурадағы жұмыс істеу қабілетін анықтайтын негізгі фактор. Коммерциялық даму бойынша үш отбасы басымдыққа ие.

Қабаттас өткелдік металл оксидтері

Қабаттас оксидтер — көптеген литий-ионды элементтерде қолданылатын NMC типті катодтарға ең жақын натрий-ионды аналог. Олар әдетте натрий мен бір немесе бірнеше өткелдік металдардан тұрады — кеңінен никель, марганец және темір әртүрлі қатынастарда — қабаттас кристалдық құрылымда орналасқан. NaNi1/3Mn1/3Fe1/3O2 және оған ұқсас құрамдар техникалық әдебиетте кеңінен аталады.

Қабатты оксидтер натрий-ионды химия үшін салыстырмалы түрде жоғары элементтік энергия тығыздығын беруге ұмтылады, сонымен қатар оларды қазіргі литий-ионды катодтық жолдарда қолданылатын процестерді пайдаланып өндіруге болады. Олар басқа катод отрядтарына қарағанда ылғал мен ауаға қатысты сезімталдау, бұл элемент өндірісінің құнын көтеруі мүмкін. Сатып алушылар үшін қабатты оксидті элементтер — бұл негізгі литий химиясымен Вт·сағ/кг негізінде жарысуға қабілетті натрий-ионды опция ретінде түсіну керек.

Полианионды қосылыстар

Полианионды катодтар натрийді фосфат, сульфат немесе басқа полианионды топтармен, қарапайым қабатты оксид емес, біріктіру арқылы жасалады. Натрий ванадий фосфаты (Na3V2(PO4)3) және оған ұқсас құрамдар жиі аталатын мысалдар болып табылады. Кристалдық құрылым қабатты оксидтерге қарағанда ашық және тұрақты, бұл жиі ұзақ циклдық өмір мен жақсы жылулық тұрақтылыққа алып келеді —автокөлік қолданыстары үшін өте маңызды екі қасиет.

Компромисс әдетте энергия тығыздығында болады. Полианиондық элементтер жиі қабатты оксидтерден төмен Вт·сағ/кг көрсеткішіне ие болады, сондықтан олар салмаққа сезімтал тарту қораптары үшін сирек талқыланады. Цикл өмірі мен жылулық тұрақтылығы соңғы 10–20 Вт·сағ/кг-ға қарағанда маңыздырақ болатын стационарлық немесе орта қуатты қолданыстар үшін, мысалы, іске қосу-тоқтату қызметі үшін полианиондық химиялық құрамдар тиімді таңдау болуы мүмкін. Нақты энергия тығыздығы, цикл өмірі және жылдамдық қабілеті полианиондық құрамның нақты түрі мен элементтің инженерлік жобасына байланысты өзгереді, сондықтан тек химиялық белгілерге сүйенбей, әрқашан тағам берушінің техникалық сипаттамаларын тексеру керек.

Прусский Көк аналогтар

Прусский көк аналогтары —кейде толық натрийленген кезде Прусский ақ деп аталады —olatyn-ion uyaqtlary uqshyn katederlyq otsyryshylarynyng baska kommersialyq jumys etetyn tобы. Olar kristallyq torda kanallarqa natriydy qoyyp, oramdyq qurlymny paydalanady. Olar qymbyzdy ozyndyq metallardysyz dajyldyryluyna mummkin bolgandyqtan, qymbyzdy zattdarynyng qymyty tomen bolady, solaysha, olar adetta uzak merzimdi cykl omyry beredi.

Avtomobilde qoldanylyp otirganda olardyng negyzgi kemshilikteri adetta kolyktyq energiya tygysy tomen boluы menen kristallyq qurlymda suwdy qalaytyn egerlikti artturysh bolyp tabylady, bul ishlep shygarywda uyqaslyqqa teris taqyrpy etedi. B2B satyp alushylar ushyn prussiya-koylesine negizdelgen uyaqtlar paket degeyindegi energiya tygysy, tomendegi temperaturada jumysy, sonday-ak tedarikshi sapatyn baqyluyga diqqatpen baghytlanu kerek — qymbyzdyq khimiyalyq qasietteri haqqynda aytqanlarga emes.

_______________________________________________________________________

Anod — Qatyq kogher as Bastapqy tandau

Сауда мақсатында өндірілетін натрий-иондық элементтің анодтық жағын практикада қатты көміртек басымдыққа ие болады. Қатты көміртек — бұл зарядтау мен разрядтау кезінде натрий иондарын кері әсер ететіндей құрылымы бар ретсіз көміртек материалы. Ол натрий иондары графитке таза интеркаляцияланбайды, сондықтан натрий-иондық анод ретінде әдеттегі таңдау болып қалды —көптеген литий-иондық элементтер үшін әдеттегі анод —сондықтан басқа көміртек құрылымы қажет болды.

Қатты көміртек натрий-иондық анод үшін тиісті меншікті сыйымдылықты, тұрақты циклдау қасиеттерін қамтамасыз етеді және кейбір литий химиясында қолданылатын жоғары тазалықтағы графиттың қол жетімділігін талап етпейтін шикізат жеткізілу тізбегін ұсынады. Сонымен қатар ол коммерциялық тұрғыдан дайын: бірнеше сертификатталған тәжірибелі тәжірибе қоры бар, ал өндіріс процесі қазіргі заманғы электродтық бояу сызықтарымен жалпы үйлесімді.

Басқа анодтық материалдар — жұмсақ көміртегі, қоспалы көміртегілер, титан негізіндегі қосылыстар және қорытпалық типтегі материалдар — зерттелуде және кейбір жағдайларда коммерцияландырылуда. Алайда, қазіргі уақытта нарықтағы көпшілік автомобильдік натрий-ионды аккумуляторлар үшін қатты көміртегі әлі де нақты базалық шешім болып табылады. Деректер парағын салыстыратын сатып алушылар көбінесе натрий-ионды элементтердің аноды ретінде қатты көміртегі қолданылатынын көреді; ал қызығушылық тудыратын айырмашылықтар әдетте осы қатты көміртегінің меншікті беттік ауданында, бөлшек өлшемдерінің таралуында және бірінші циклдық пайдалы әсер коэффициентінде, анодтың өзінің тобында емес.

_______________________________________________________________________

Электролит — натрий тұздары карбонатты еріткіште ентс

Электролит — катод пен анод арасындағы иондық жол. Натрий-ионды элементте ол әдетте натрий тұзы — ең көп тарағаны NaPF6 немесе NaClO4 — ерітілген этилен карбонаты, пропилен карбонаты, диметил карбонаты және этил метил карбонаты сияқты карбонатты еріткіштерде, жеке немесе араласпалар түрінде қолданылады.

Электролит үш іс-әрекетті бір уақытта орындауы керек. Ол электродтар арасында натрий иондарын тиімді өткізуі керек, элементтің жұмыс істеу кернеуінде катод пен анодқа қарсы химиялық тұрақтылығын сақтауы керек және аккумулятордың кездесуі мүмкін толық температура диапазонында сұйық және өткізгіш қалуы керек —суық қыс күндерінен бастап жазда ыстық қозғалтқыш бөлмесіне дейін. Циклдық өмірін жақсарту үшін қатты көміртегі анодында қатты электролиттік аралық фазаны (SEI) тұрақтандыру үшін көбінесе фторэтилен карбонаты (FEC) сияқты қоспалар қолданылады.

Kейбір зерттеу топтары мен бірнеше жеткізушілер гель-полимерлік электролиттер мен қатты күйдегі натрий-ионды электролиттерді зерттеп жүр, бірақ қазіргі уақытта коммерциялық мақсатта қолданылатын автомобильдік өнімдер үшін сұйық карбонаттық электролит әлі де стандарт болып табылады. B2B сатып алушылар үшін тәжірибелік салдары — натрий-ионды элементтердің температураға, газ шығаруға және сұйықтықтың ағып кетуіне қатысты талаптары сұйық электролитті литий-ионды элементтермен бірдей болып келеді. Бір элемент үшін электролиттің басқарылуын жақсы қамтамасыз ететін қорап конструкциясы әдетте екіншісі үшін де жақсы жұмыс істейді.

_______________________________________________________________________

Бөлгіш, ток жинағыштар және элемент Тұрғын үй

Бөлгіш — бұл жұқа поралы полимерлік мембрана —әдетте литий-ионды элементтерде қолданылатын полиэтилен, полипропилен немесе керамикалық қапталған түріне ұқсас — катод пен анодты физикалық түрде бөліп тұрады, бірақ натрий иондарының өтуіне мүмкіндік береді. Бөлгіш электролитке сіңдірілген және екі электрод арасында механикалық изолятор ретінде қызмет етеді. Бөлгіштің ақауы —оның шығарылу кезіндегі ақауы, дендриттің өсуі немесе механикалық зақымдануы болса да — тікелей алып келеді ішкі қысқа тұйықталуға, сондықтан бөлгіштің сапасы — ескерту ретінде емес, нақты тәртіпке қойылатын талап ретінде сатып алуға қатысты маңызды мәселе.

Ток жинағыштар — электрондарды әрбір электродқа және одан шығаратын өткізгіш қабаттар. Натрий-ионды элементтерде әдетте катод пен анодта да алюминий фольгасы қолданылады. Бұл — негізгі литий-ионды элементтерден маңызды құрылымдық айырым, себебі оларда анод жағында литийдің төмен кернеуде алюминиймен әрекеттесуіне байланысты мыс фольгасы қолданылуы керек. Натрий типті элементтердің кернеу деңгейлерінде алюминиймен қосылыс түзбейді, сондықтан екі жағында да жеңілірек және арзандау алюминий фольгасын қолдануға болады —натрий-ионды технологияның потенциалды құндық артықшылығына әкелетін факторлардың бірі.

Ұяшық өзі қатты қоршау ішінде герметиктелген. Цилиндрлі, призмалы және пакетті форматтар әртүрлі натрий-ионды бағдарламаларда өндірушіге және мақсатты қолданысқа байланысты қолданылады. Автомобильдің старт-стоп қызметі үшін призмалы және цилиндрлі форматтар ең кең тараған, себебі олар пакетті ұяшықтарға қарағанда қозғалтқыш бөлмесіндегі механикалық, жылулық және тербеліс кернеулерін болжанған тәрізді төтеп береді. Батареяны дәстүрлі автомобильдік батареяның орнына қою үшін қажет болған кезде құйылу дизайны, шығыс қосқыштарының орналасуы мен бекіту өлшемдері де маңызды.

_______________________________________________________________________

Батарея Басқару жүйесі (BMS) және Электроника

Сауда мақсатындағы натрий-ионды батареяның тек жартысы ғана ұяшықтардан тұрады. Екінші жартысы — батареяны басқару жүйесі —яғни әрбір ұяшықты немесе ұяшықтар тобын бақылайтын электрондық плата, зарядтау мен разрядтауды басқаратын, ұяшық күйлерін теңестіретін және батарея қорабын қауіпсіз емес оқиғалардан қорғайтын. Старт-стоп батареясында BMS әдетте мыналарды орындайды:

• Вольтаж әрбір элементті бақылау, сондықтан ешбір элемент өзінің қауіпсіз кернеу терезесінен тыс жұмыс істемейді.

•Зарядтау мен разрядтау кезіндегі токты бақылау, соның ішінде бастағыш қозғалтқыштың талап ететін өте жоғары қосу тогы импульстері де қамтылады.

•Аккумуляторлар тобындағы бірнеше нүктеде температураны бақылау, жиі элементтерде, контакттарда және кейде BMS тақтасында да сенсорлар орнатылады.

•Зарядтау кезінде элементтерді теңестіру, сондықтан тізбекте қосылған элементтердің заряд күйі ұқсас болады және топтың пайдалы сыйымдылығы уақыт өте келе азаяды.

•Заряд күйі (SOC) және денсаулық күйі (SOH) бағалауы, оны көлік құралы Start-Stop функциясын қосу немесе өшіру, қосымша құрылғылардың жарықтығын азайту немесе жүргізушіге ескерту беру үшін қолдана алады.

• Байланыс көліктің электрлік жүйесімен, әдетте қолданылуға байланысты LIN немесе CAN шинасы арқылы.

Ұяшықтар ішіндегі химиялық құрамы натрий-ионды, бірақ BMS рөлі литий-ионды аккумуляторлардағыдай әрі қазіргі заманғы. B2B сатып алушылар үшін бұл натрий-ионды BMS бағалау критерийлерін — жабық бағдарламалық қамтамасыз ету сапасын, датчиктердің дәлдігін, автомобильдік деңгейдегі компоненттерді, тексеру тарихын және байланыс протоколына сәйкестікті — толығымен жаңа емес деп білдіреді. —бұл критерийлер литий-ионды автомобильдік аккумуляторлар үшін қолданылатын сатып алушылардың қолданыстағы критерийлері болып табылады, олар ұяшықтағы басқа силиконға қолданылады.

_______________________________________________________________________

Ұяшық Пішімі және Қорап деңгейіндегі жинақтау

Ұяшық деңгейінде натрий-ионды өнімдер үш негізгі пішімнің бірін қолданады. Цилиндрлі ұяшықтар — литий-ионды өнімдерде кеңінен таралған 18650 және 21700 пішімдеріне ұқсас — металдан жасалған қалпақшаның ішіне «желімді ролл» электродтарын орналастырады. Призматикалық ұяшықтар электродтарды қатты тіктөртбұрышты металдан жасалған қорапқа қабаттап орналастырады. Пакетті ұяшықтар иілгіш ламинатты плёнка қорабын қолданады және механикалық қолдауды сыртқы құрылымға тапсырады. —цилиндрлі ұяшықтар — литий-ионды өнімдерде кеңінен таралған 18650 және 21700 пішімдеріне ұқсас — металдан жасалған қалпақшаның ішіне «желімді ролл» электродтарын орналастырады. Призматикалық ұяшықтар электродтарды қатты тіктөртбұрышты металдан жасалған қорапқа қабаттап орналастырады. Пакетті ұяшықтар иілгіш ламинатты плёнка қорабын қолданады және механикалық қолдауды сыртқы құрылымға тапсырады.

Пакет деңгейінде автомобильдегі старт-стоп қолданысы үшін коммерциялық натрий-ионды аккумулятор әдетте номиналды 12 В жүйе кернеуіне жету үшін элементтерді тізбектей орналастырады, содан кейін BMS, шиналар, қосқыштар, жылу басқару функциялары мен стандартты автомобильдік аккумулятор қабырғасына сыйып кететін берік қорап қосады. Пакет жинағының таңдаулары — элемент пішіні, тізбектей-параллель конфигурациясы, қосқыштардың бағыты, желдету жолы және BMS орналасуы — дайын аккумулятордың қалыпты қорғасын-қышқылды немесе AGM старт-стоп аккумуляторының тікелей ауыстырмасы ретінде орнатылуын тікелей анықтайды.

Екі пакеттің бірдей элемент химиясы мен номиналды сыйымдылығы болса да, пакет жинақтауы нашар болса, олардың шынайы әлемдегі өнімділігі өте әртүрлі болуы мүмкін. Жылу шашылуы, тербеліске төзімділік, ұштардың коррозиядан қорғануы және BMS-тің корпус ішіндегі орналасуы — барлығы химиялық емес, инженерлік шешімдер. Сатып алушылар үшін салыстыруға тиісті құжат — элемент химиясының белгісі емес, пакет деңгейіндегі техникалық сипаттама парағы.

_______________________________________________________________________

Қандай компоненттерді таңдау с Автомобильдің бастап-тоқтату жүйесі үшін нені білдіреді Сатып алушылар

Сатып алушының натрий-ионды аккумулятордың ішіндегі компоненттерге назар аударуы керек болуының себебі —оны «натрий-ионды» деп белгіленген қара қорап ретінде қабылдамауы «натрий-ионды» —себебі компоненттерді таңдау — нақты сұрақтарды қойғанда сатып алу тобының шынымен қоятын сұрақтарын анықтайды:

• Ол −20 °C-та қозғалтқышты іске қоса ала ма? Ол —катод отайына, электролит құрамына, қатты көмір бетінің ауданына және BMS-тің суық ток шектеріне байланысты — сөзге емес «натрий-ионды» етикеткада.