Bir sodyum iyon pil (ya da pil sodyum iyonu ), bir tür elektrikli akümülatörün bir kullanarak, tuz ve sodyum depolanması için elektrik enerjisi .
Bu pil, lityum iyon akülere göre daha ucuz bir alternatif olabilir .
Tüm piller gibi, sodyum iyon pil de anot tarafında oluşturulabilen ve kırılabilen kimyasal bağlar yoluyla elektrik enerjisini depolar . Pil şarj olurken, Na + iyonları "araya girer" ve anoda doğru hareket eder. Yük dengeleme süresi boyunca, elektronlar, şarj cihazını içeren harici devre yoluyla katottan anoda göç eder. Boşalırken işlem tersine çevrilir.
Sodyum-iyon piller için bir pozitif elektrot malzemesi, sodyum ile yüksek potansiyelde tersine çevrilebilir şekilde reaksiyona girebilen ve yüksek bir özgül kapasite sergileyen bir malzemedir. Birçok çevrimin kapasite kaybı olmadan gerçekleştirilebilmesi için tersinirlik önemlidir.
Fosfatlar , sodyum iyon bataryalar için, pozitif elektrot maddesi olarak oldukça problemine yönelik bir ailesidir. Bu malzemelerin avantajı, çok atomlu iyonların PO 4 3−metalin redoks çiftinin geçiş enerjisini azaltan ve dolayısıyla yüksek bir elektrokimyasal potansiyel yaratan geçiş metali üzerinde güçlü bir endüktif etkiye sahiptir. Ayrıca çok kararlıdırlar. NASICON (Na süperiyonik iletken) olarak bilinen malzemeler AxMM '(XO4) 3 formülüne sahiptir. Davranışları ve yapıları iyi bilinmektedir çünkü uzun süredir katı elektrolitler olarak çalışılmaktadırlar (özellikle sodyum-hava ve sodyum-kükürt sistemleri için). Delmas et al. ilk olarak NaTi2 (PO4) 3'ün sodyum ile tersinir elektrokimyasal olarak aktif olabileceğini gösterdi. Na3V2 (PO4) 3 yakın zamanda test edilmiştir ve sırasıyla V2 + / V3 + ve V3 + / V4 + geçişlerine karşılık gelen 1.63 ve 3.40 V'de 2 aşama gösterir . Spesifik kapasite, 50 döngü için yaklaşık 60mAh/g'dir . Sonuç olarak, bu malzeme veya farklı bir geçiş metali ile ona yaklaşan bileşikler hakkında çok sayıda yayın, özelliklerini geliştirmenin mümkün olduğunu göstermektedir. Böylece Saravanan ve ark. 10.000'den fazla döngü için bu malzeme ile 40 mAh / g'den daha büyük bir spesifik kapasite elde etmeyi başardılar . Bu malzemenin yaklaşık 2 V'luk iki ayrı potansiyel plaka üzerinde çalışması, simetrik tamamen katı hal pillerin geliştirilmesine olanak sağlamıştır.
Destekleyicileri, bir kez seri üretildiğinde, düşük sodyum maliyeti ve daha kolay montaj nedeniyle lityum bazlı alternatifinden çok daha ucuz olacağını umuyor .
Sodyum, lityumdan çok daha fazladır: yerkabuğunda %0,06 lityuma kıyasla %2,6 sodyum bulunur; ek olarak, sodyum gezegenin her yerinde, özellikle deniz suyunda, sodyum klorür (NaCl) şeklinde bulunurken, lityum kaynakları dünyanın birkaç bölgesinde çok lokalizedir: Arjantin, Şili ve Bolivya dünyanın üçte ikisini elinde tutuyor. kaynaklar.
İki teknolojinin (sodyum ve lityum) kombinasyonu, belki de çok verimli ve daha ucuz pillerin üretilmesini mümkün kılabilir.
2007 yılında, sodyum iyon hücreleri 50 şarj / deşarj döngüsünden sonra 3,6 volt (115 Ah / kg için ) voltajı , yani katotta yaklaşık 400 Wh / kg'a eşdeğer spesifik enerjiyi koruyabildi , ancak performansları döngü sayısı şimdiye kadar piyasadaki sulu olmayan Li-ion pillerin sayısına ulaşmadı.
Tokyo Üniversitesi'ndeki araştırmalar, bir prototipin ortaya çıkmasına neden oldu.Mayıs 2012.
Aquion Energy, 2014 yılında, bir enerji kaynağı olarak kullanılabilecek, maliyet ve kapasiteleri (kWh olarak) kurşun asitli bataryaya benzer, ticari olarak temin edilebilen bir lityum-iyon / sodyum-iyon hibrit batarya üretmeyi başardı. elektrik mikro şebekeleri (mikro şebekeler) için acil durum güç kaynağı. Bu umut verici sonuçlara rağmen, Aquion iflas başvurusunda bulundu.Mart 2017.
Başka bir şirket (Faradion), lityum iyon teknolojilerine alternatif olan bir dizi düşük maliyetli “sodyum-iyon” malzemesi üretmektedir. Sodyum-kükürt pillerin aksine, sodyum iyon piller taşınabilir olabilir ve oda sıcaklığında (yaklaşık 25 °C ) çalışabilir . "Lityum iyon" modellerle karşılaştırıldığında, sodyum iyon piller ayrıca gelişmiş güvenlik ve taşıma işlevleri sunar. Faradion, bir katmanlı oksit katot kullanarak bir Na-iyon akümülatörünün tam şarj döngülerinin sayısını iyileştirdiğini iddia ediyor.
Hızlı şarj/deşarj olması gereken pillerde, sert anotlar bir sorun teşkil eder: genellikle şarj/deşarj döngüleri sırasında gelen ve giden iyonların akışının neden olduğu geri çekilme/şişme döngülerine dayanamayacak kadar kırılgandırlar. Yakın zamanda yapılan bir çalışma, bu tür anotların kalay kaplı ahşap anotlarla değiştirilmesinin ilginç olabileceğini göstermiştir: esnek kalay kaplı ahşap anotlar bu nedenle 400'den fazla şarj döngüsüne dayanmıştır. Bu yüzlerce döngüden sonra buruşuk tahta neredeyse bozulmamıştı. Bilgisayar modelleri, bu tür kırışıklıkların şarj ve deşarj sırasında stresi etkili bir şekilde azaltabileceğini göstermektedir. Na iyonları lifli hücrelerin duvarlarından geçerek kalay filmin (Sn) yüzeyine yayılır.
Başka bir çalışma, bir MoS2 / grafen kağıt kompozitini elektrot olarak kullanma olasılığını test etti ve yaklaşık %99'a ulaşan bir Faraday verimliliği ile 230 Ah / kg üretmeyi başardı .
2015'in sonunda, Fransız ağı RS2E , ömrü (maksimum şarj ve deşarj döngüsü sayısı) 2.000 döngüyü aşan 90 Wh / kg'lık bir prototip 18650 sodyum iyon pil sundu .
İçinde kasım 2017, start-up Tiamat, sürekli kullanım koşullarında lityum piller için 3-4 yıl ile karşılaştırıldığında 10 yıldan fazla kullanım ömrüne sahip olacak bu sodyum iyon pili tasarlamak, geliştirmek ve üretmek için yaratıldı ve 10 kez yüklenip şarj edildi. Daha hızlı; 2020 yılına kadar büyük ölçekli üretime başlamayı umuyor; hedeflenen pazarlar, sabit depolama (aralıklı yenilenebilir enerjilerin, rüzgar veya güneş enerjisinin toplu depolanması) ve elektrikli araçlar için mobil depolamadır (hat sonunda, kiralık araç filolarında şarj edilebilir otobüsler). İçindeekim 2018, Tiamat, prototiplerini doğrudan müşterilerinde test ederek sodyum iyon pillerinin gelişimini tamamlamak için 3,6 milyon avro artırıyor; Bu testler tamamlandıktan sonra, on sekiz ay içinde, 2020'de ilk pil serisini üreten bir gösterici kurarak sanayileşme aşamasını başlatabilecek. 2019'un sonunda Tiamat, 5 dakikada şarj edilebilen ve 5.000 döngü ömre sahip (kapasitelerinin %80'ini koruyarak) ancak lityum iyondan %40 daha düşük kapasiteye sahip (son iki yılda %30 artış) pilleri duyurdu. ).
Mayıs 2021'de St. Louis'deki Washington Üniversitesi, lityum iyon pillerle aynı yoğunluğa sahip olacak, daha ucuz ve daha hafif (anot olmaması nedeniyle) bir anotsuz sodyum iyon pil geliştirdi.
Tiamat, Avrupa çapında planlı pazarlama ile 2020 yılında küçük seri üretime başlamaya hazırlanıyor. Bu piller, yüksek özgül güç ve hızlı şarj gerektiren uygulamalar için tasarlanacaktır: elektrikli scooterlar ve scooterlar veya ağırlığın gerçekten sorun olmadığı elektriğin statik depolanması (powerwall tipi). Gerçekten de Tiamat, Li-ion pillere göre 10 kat daha hızlı şarj ve çok daha uzun kullanım ömrü, ancak daha düşük enerji yoğunluğu, dolayısıyla daha fazla ağırlık, eşit depolama kapasitesi olduğunu duyurdu.