Valutazione delle Prestazioni delle Batterie al Litio e al Sodio con Diversi Materiali per Elettrodi ed Elettroliti
Le batterie agli ioni di sodio (Na-ion) sono considerate un'alternativa promettente alle batterie agli ioni di litio (Li-ion) grazie alla disponibilità abbondante di sodio, che aiuta a mitigare i rischi della catena di approvvigionamento associati alle batterie Li-ion. Molti studi si sono concentrati sulla progettazione delle batterie Li-ion, esplorandone gli aspetti di energia, potenza e costo. Tuttavia, manca ancora una ricerca simile condotta sulle batterie Na-ion. Un confronto delle caratteristiche della tensione della cella e della capacità di carica rapida delle batterie agli ioni di sodio e di litio utilizzando diversi tipi di elettrodi ed elettroliti. Per le batterie agli ioni di sodio gli elettroliti utilizzati sono NaPF6 e NaClO4 e gli elettrodi utilizzati sono NaCoO2, NaNiO2, NaFePO4, (Na3V2(PO4)3), grafite, carbonio duro, metallo di sodio e titanio di sodio. Per le batterie agli ioni di litio con LiPF6 e elettroliti e elettrodi KOH come LiCoO2, NMC, LVP, Li2MnSiO4, grafite, silicio, titanio di litio (LTO), metallo di litio. Un'analisi approfondita di sei importanti metriche di prestazione fa parte dell'indagine: grafici di Ragone, concentrazione del sale elettrolitico rispetto alla coordinata spaziale, potenziale dell'elettrolita rispetto alla coordinata spaziale, tensione della cella rispetto allo stato di carica della batteria, tensione della cella rispetto al tempo e variabile di stato rispetto al tempo. Confrontando la tensione operativa e la capacità nominale, NMC e grafite sono selezionati per le batterie agli ioni di litio poiché questa combinazione fornisce una tensione operativa fino a 4,2 V e una capacità nominale di 275 Wh/kg, per le batterie agli ioni di sodio per NaCoO2 e carbonio duro che ha una tensione operativa di 2,5–3,8 V e una capacità nominale intorno a 200 Wh/kg e un'altra combinazione di elettrodi come NaFePO4 e metallo di sodio con NaClO4 l'elettrolita ha una tensione operativa massima di 2,8–3,8 V e una capacità nominale intorno a 200 Wh/kg. Questo articolo mostra una significativa influenza della scelta dell'elettrolita sulle prestazioni della batteria. I grafici di Ragone dimostrano che LiPF6 elettroliti nelle batterie agli ioni di litio e NaPF6 gli elettroliti nelle batterie agli ioni di sodio mostrano entrambi densità di energia specifica superiore rispetto ai loro KOH e NaClO4 controparti, rispettivamente. Il lavoro presentato in questo articolo incoraggia i ricercatori a selezionare elettroliti e elettrodi alternativi per batterie agli ioni di litio e agli ioni di sodio al fine di ottenere prestazioni ottimali del dispositivo.
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