بطاريات أيون الصوديوم (NIBs أو SIBs أو بطاريات أيون الصوديوم) هي عدة أنواع من البطاريات القابلة لإعادة الشحن. وهي تستخدم أيونات الصوديوم (Na+) كحاملات شحن. في بعض حالات، ومبدأ عملها وبنية الخلية مشابهان لتلك الموجودة في بطارية ليثيوم أيون (LIB) الأنواع. لكنها تحل محل الليثيوم بالصوديوم كأيون متداخل. ينتمي الصوديوم إلى نفس المجموعة في الجدول الدوري مثل الليثيوم وبالتالي له خصائص كيميائية مماثلة. تمثل أكاسيد المعادن الانتقالية ذات الطبقات الصوديومية (NaxTMO2، TM = معدن انتقالي/معادن)، مثل أكاسيد الصوديوم ذات الطبقات القائمة على المنغنيز، عائلة مهمة من مواد الكاثود ذات القدرة على خفض التكاليف. يمكنها زيادة كثافة الطاقة واستقرار الدورة، وتحسين سلامة NIBs لتخزين الطاقة على نطاق واسع.
تتضمن استراتيجيات تعديل الواجهة لمواد الأقطاب الكهربائية الموجبة لأكسيد الصوديوم الطبقات بشكل أساسي الطرق التالية. وتهدف هذه الطرق إلى حل مشكلة عدم استقرار الواجهة وتحسين أداء البطارية:
1. تعديل طلاء السطح
يمكنه عزل الاتصال المباشر بين القطب الموجب والإلكتروليت بشكل فعال. كما يتميز بتقليل التفاعلات الجانبية وتحسين استقرار واجهة مواد الكاثود الصوديومي متعدد الطبقات. يمكن تحقيق ذلك عن طريق ترسيب طبقة واقية رقيقة على سطح مادة القطب الموجب، مثل أكاسيد المعادن أو المواد الكربونية أو المركبات المحتوية على الليثيوم. على سبيل المثال، يمكن استخدام Al2O3 وLi2O وما إلى ذلك كطبقات طلاء لمنع إذابة المواد الفعالة وفقدان الأكسجين.
2. تعديل المنشطات العنصرية
من خلال إضافة عناصر محددة إلى أكاسيد طبقية، يمكن تغيير البنية الإلكترونية والخصائص الكهروكيميائية للمادة، مما يحسن استقرارها البنيوي. يمكن أن يؤدي التنشيط إلى قمع انتقال الطور، وتعزيز قدرة انتشار Na+، وتقليل فقدان الأكسجين. على سبيل المثال، يمكن أن يؤدي تنشيط المعادن الانتقالية مثل Ni وMn وCo إلى تحسين الأداء الكهروكيميائي لمواد الأقطاب الكهربائية. تعديل الإلكتروليت: من خلال تعديل تركيبة الإلكتروليت واستخدام إضافات مثل الفلورايد والبورات، يمكن تكوين طبقة واجهة إلكتروليت صلبة أكثر استقرارًا، مما يقلل من التفاعل بين الإلكتروليت ومادة القطب الموجب، ويخفض معاوقة الواجهة، ويحسن استقرار الدورة.
3. التنظيم الهيكلي
من خلال تعديل البنية الدقيقة للمادة، مثل التحكم في حجم الجسيمات، والشكل، والمسامية، يمكن تحسين قابلية البلل للإلكتروليت، مما يعزز النقل السريع لـ Na +، مع تقليل تركيز الإجهاد ومنع الانهيار الهيكلي أثناء الدورة.
4. استبدال العناصر الكيميائية
يمكن تعديل نافذة الإمكانات للمادة عن طريق استبدال العناصر الكيميائية بدقة. مثل إدخال الألومنيوم والمغنيسيوم وعناصر أخرى في أكاسيد الطبقات. يمكن أن يقلل هذا من ذوبان المعادن الانتقالية ويعزز استقرار الهواء واستقرار الدورة للمادة.
5. تصميم المواد المركبة
إن الجمع بين أكاسيد متعددة الطبقات مع مواد أخرى (مثل مواد الكربون الموصلة) يمكن أن يحسن التوصيل الإلكتروني للمادة، ويقلل المقاومة الداخلية، ويستخدم التأثير التآزري للمواد المركبة لتحسين خصائص الواجهة.
6. تحسين كيمياء الواجهة
من خلال التحكم الدقيق في ظروف التركيب مثل درجة الحرارة والجو ووقت التفاعل، يمكن تحسين الكيمياء السطحية لمواد الأقطاب الموجبة على المستوى الذري، مما يقلل من تكوين القواعد المتبقية على السطح ويحسن استقرار الهواء وعمر دورة المواد.
يمكن للتطبيق الشامل لهذه الاستراتيجيات حل مشكلة واجهة مواد الكاثود المؤكسدة الطبقية في بطاريات أيون الصوديوم بشكل منهجي. ويمكن تحسين الأداء العام للبطارية وتعزيز العملية العملية لتكنولوجيا بطاريات أيون الصوديوم.
