Натрий-ионные аккумуляторы: настоящее и будущее

Технологии производства и хранения энергии привлекают значительное внимание в связи с их применением в повседневной жизни. В последние десятилетия развитие технологии литий-ионных аккумуляторов (LIB) улучшило условия жизни во всем мире. LIB используются в большинстве мобильных электронных устройств, а также в электромобилях с нулевыми выбросами. Однако возрастает обеспокоенность по поводу выравнивания нагрузки возобновляемых источников энергии и интеллектуальных энергосетей, а также устойчивости поставок лития из-за ограниченной доступности этого ресурса и ожидаемого вследствие этого роста его цены. Поэтому остается неясным, смогут ли одни лишь LIB удовлетворить растущий спрос на системы хранения энергии малой, средней и крупной емкости. Для решения этих проблем современные исследования сосредоточены на альтернативных системах хранения энергии. Натрий-ионные аккумуляторы (SIB) рассматриваются как одни из наиболее перспективных источников энергии, поскольку натрий широко распространен и обладает химическими свойствами, сходными со свойствами лития; поэтому SIB являются перспективной альтернативой следующего поколения. В последнее время слоистые оксиды переходных металлов, фосфаты и органические соединения в натриевой форме были предложены в качестве катодных материалов для SIB. Одновременно развитие этой области ускорилось благодаря использованию отдельных углеродистых материалов, оксидов или сульфидов переходных металлов, а также интерметаллических и органических соединений в качестве анодных материалов для SIB. Помимо электродных материалов, для разработки практических SIB не менее важны подходящие электролиты, добавки и связующие вещества. Несмотря на достижения в области электродных материалов и других компонентов, при применении натрий-ионных элементов сохраняется ряд проблем, включая конструкцию элемента и балансировку электродов. В этой статье обобщаются и обсуждаются современные исследования материалов, а также предлагаются перспективные направления развития SIB. Работа дает важное представление о научных и практических проблемах, связанных с разработкой SIB.