钠电池正极材料.ppt

关于钠电池正极材料1概述2钠电池3主要钠离子电池正极材料分类介绍本幻灯片结构4总结第2页,共28页，星期六，2024年，5月概述为什么会选择钠离子电池？1.标准电极电位E0为-2.71V，仅比锂的-3.04V高0.33V1.储量有限且分布不均无法适应高性能储电设备的需求。2.钠资源储量丰富，容易实现低成本生产。3.具有单位体积存储能量多，安全性好和使用寿命长等优点。2锂离子电池的的容量会随着充电次数缓慢衰退，与使用次数无关，而与温度有关。3、不耐受过充、过放，需要多重保护机制，如排气孔、隔膜等。优、劣势锂Vs钠第3页,共28页，星期六，2024年，5月电池开发路线图第4页,共28页，星期六，2024年，5月钠离子电池简介钠离子电池实际上是一种浓差电池，正负极由两种不同的钠离子嵌入化合物组成。充电时，Na+从正极脱嵌经过电解质嵌入负极，负极处于富钠态，正极处于贫钠态，同时电子的补偿电荷经外电路供给到极，保证正负极电荷平衡。放电时则相反，Na+从负极脱嵌，经过电解质嵌入正极，正极处于处于富钠态。钠离子电池工作原理示意图第5页,共28页，星期六，2024年，5月2熔融钠电池（Moltensodiumcells)（a）钠硫电池原理图1Na-S电池（b）不同阶段相Na-S电池电压曲线图第6页,共28页，星期六，2024年，5月2.1Na-S电池(a)钠硫电池原理图熔融钠做负极，其外层被熔融硫的氧化铝管包围。放电时：开路电压会在2.075V~1.74V之间，钠放电产生Na+和管壁中的熔融S反应在不同的电压下生成不同的Na2Sx。Na-S电池示意图第7页,共28页，星期六，2024年，5月1Na-S电池（b）不同阶段相Na-S电池电压曲线图第8页,共28页，星期六，2024年，5月放电过程有Na2S4出现。此时有NaC2S5存在。出现了Na2S3。当更深层放电时，出现高熔点的固相Na2S2。此时电阻会增大会限制继续放电，使得电池的比容量被限制在836mAh/g并无法再增加。2.075V2.075V~1.74V1.74V第9页,共28页，星期六，2024年，5月存在的问题这种电池需要在高温（270℃到350℃）下才能正常运行，人们希望能够在较低温度下使其正常运行以节约成本、提高容量、确保安全。这些低容量装置可能是可溶性硫化物的形成所造成的结果。理论比容量是1672mAh/g，但一般只能达到三分之一。第10页,共28页，星期六，2024年，5月2.2钠-空气（Na-O2）电池空气电极的运行机制是通过氧与碱金属离子的反应而产生碱性氧化物。正极采用多孔碳和/或多孔金属作为氧气的消耗和产物的运载的即时传送系统。放电反应使氧化产物和废料填充了这些原本不是空隙的空隙。氧的氧化和减少是使用的催化剂带来的好结果。Na++O2+e-→NaO2E=2.263V(1)2Na++O2+2e-→Na2O2E=2.330V(2)4Na++O2+4e-→Na2OE=1.946V(3)放电原理图第11页,共28页，星期六，2024年，5月Na-O2电池首次充放电曲线含钠金属阳极在钠的熔点（98℃）下运行电池Na-O2电池在放电电位在2.9V和1.8V之间时展现出充电的潜能。当放电电位处在2.3-2.4V之间时，对于此Na-O2电池低放电电压传达出一个动能超电势的问题，这可能是由于高分子电解质造成的。Na-O2电池首次充放电曲线第12页,共28页，星期六，2024年，5月2.3ZEBRA电池ZEBRA电池是在上世纪80年代被开发的，它含有液态钠负电极和金属氯化物正极（通常氯化镍）。钠在负电极的氧化而产生的钠离子通过固体钠β``-氧化铝电解质并被二次电解质（NaCl和三氯化铝的低共熔混合物）运送到氯化镍处。工作电压低于2.35伏时，电池具有其最小的电阻。当工作电压恢复上述2.35V时，产生的铁然后再氧化成氯化亚铁，剩余的氯化镍和氯化亚铁足以接受下一步将要出现的高电流放电。第13页,共28页，星期六，2024年，5月钠离子电池正极材料第一类过渡金属氧化物第二类聚阴离子化合物第14页,共28页，星期六，2024年，5月钠离子电池材料正负极钠离子电池主要的正负极材料：蓝色椭圆内是不同材料的理论容量，灰色柱子是实际容量第15页,共28页，星期六，