सोडियम-आयन बैटरी: Difference between revisions

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{{Short description|Type of rechargeable battery}}
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[[सोडियम]]-[[आयन]] बैटरी (एनआईबी या एसआईबी) एक प्रकार की [[रिचार्जेबल]] बैटरी है, जो अपने [[चार्ज वाहक]] के रूप में सोडियम आयन (Na<sup>+</sup>) का उपयोग करती है और इस प्रकार कुछ स्थितियों में, इसके कार्य सिद्धांत और सेल निर्माण [[लिथियम आयन बैटरी]] (एलआईबी) प्रकारों के समान होते हैं, लेकिन लिथियम को सोडियम के साथ प्रतिस्थापित कर [[कैथोड]] पदार्थ  के रूप में बदल देती है, जो लीथियम के रूप में [[आवर्त सारणी]] में समान समूह के होते हैं और इस प्रकार समान [[रासायनिक गुण]] होते हैं।
'''[[सोडियम]]-[[आयन]] बैटरी''' (एनआईबी या एसआईबी) एक प्रकार की [[रिचार्जेबल]] बैटरी है, जो अपने [[चार्ज वाहक]] के रूप में सोडियम आयन (Na<sup>+</sup>) का उपयोग करती है और इस प्रकार कुछ स्थितियों में, इसके कार्य सिद्धांत और सेल निर्माण [[लिथियम आयन बैटरी]] (एलआईबी) प्रकारों के समान होते हैं, लेकिन लिथियम को सोडियम के साथ प्रतिस्थापित कर [[कैथोड]] पदार्थ  के रूप में बदल देती है, जो लीथियम के रूप में [[आवर्त सारणी]] में समान समूह के होते हैं और इस प्रकार समान [[रासायनिक गुण]] होते हैं।


एसआईबीएस को 2010 और 2020 के दशक में शैक्षणिक और व्यावसायिक रुचि प्राप्त हुई थी और इस प्रकार मुख्य रूप से असमान भौगोलिक वितरण उच्च पर्यावरणीय प्रभाव और लिथियम-आयन बैटरी के लिए आवश्यक बहुत से सामग्रियों की उच्च लागत के रूप में थी। इनमें से प्रमुख लिथियम, [[कोबाल्ट]], [[ ताँबा ]] और [[निकल]] के रूप में थी, जो कठोरता से अनेक सोडियम आयन बैटरी के लिए आवश्यक नहीं होती है।<ref name=":5">{{Cite journal|last1=Peters|first1=Jens F.|last2=Peña Cruz|first2=Alexandra|last3=Weil|first3=Marcel|date=2019|title=सोडियम-आयन बैटरियों की आर्थिक क्षमता की खोज|journal=Batteries|language=en|volume=5|issue=1|pages=10|doi=10.3390/batteries5010010|doi-access=free}}</ref> सोडियम-आयन बैटरियों का सबसे बड़ा लाभ सोडियम की प्राकृतिक प्रचुरता है,<ref>{{Cite journal|doi=10.1021/acsenergylett.0c02181|title=How Comparable Are Sodium-Ion Batteries to Lithium-Ion Counterparts?|year=2020|last1=Abraham|first1=K. M.|journal=ACS Energy Letters|volume=5|issue=11|pages=3544–3547|doi-access=free}}</ref> जिसे खारे पानी से आसानी से निकाला जा सकता है और इस प्रकार एसआईबीएस को अपनाने की चुनौतियों में निम्न ऊर्जा घनत्व और अपर्याप्त डिस्चार्ज चक्र के रूप में सम्मलित हैं।<ref>{{cite journal |author=Marc Walter |author2=Maksym V. Kovalenko |author3=Kostiantyn V. Kravchyk |date=2020|title=पोस्ट-लिथियम-आयन बैटरियों की चुनौतियाँ और लाभ|journal=New Journal of Chemistry |volume=44 |issue=5 |pages=1678 |doi=10.1039/C9NJ05682C |doi-access=free}}</ref>
एसआईबीएस को 2010 और 2020 के दशक में शैक्षणिक और व्यावसायिक रुचि प्राप्त हुई थी और इस प्रकार मुख्य रूप से असमान भौगोलिक वितरण उच्च पर्यावरणीय प्रभाव और लिथियम-आयन बैटरी के लिए आवश्यक बहुत से सामग्रियों की उच्च लागत के रूप में थी। इनमें से प्रमुख लिथियम, [[कोबाल्ट]], [[ ताँबा ]] और [[निकल]] के रूप में थी, जो कठोरता से अनेक सोडियम आयन बैटरी के लिए आवश्यक नहीं होती है।<ref name=":5">{{Cite journal|last1=Peters|first1=Jens F.|last2=Peña Cruz|first2=Alexandra|last3=Weil|first3=Marcel|date=2019|title=सोडियम-आयन बैटरियों की आर्थिक क्षमता की खोज|journal=Batteries|language=en|volume=5|issue=1|pages=10|doi=10.3390/batteries5010010|doi-access=free}}</ref> सोडियम-आयन बैटरियों का सबसे बड़ा लाभ सोडियम की प्राकृतिक प्रचुरता है,<ref>{{Cite journal|doi=10.1021/acsenergylett.0c02181|title=How Comparable Are Sodium-Ion Batteries to Lithium-Ion Counterparts?|year=2020|last1=Abraham|first1=K. M.|journal=ACS Energy Letters|volume=5|issue=11|pages=3544–3547|doi-access=free}}</ref> जिसे खारे पानी से आसानी से निकाला जा सकता है और इस प्रकार एसआईबीएस को अपनाने की चुनौतियों में निम्न ऊर्जा घनत्व और अपर्याप्त डिस्चार्ज चक्र के रूप में सम्मलित हैं।<ref>{{cite journal |author=Marc Walter |author2=Maksym V. Kovalenko |author3=Kostiantyn V. Kravchyk |date=2020|title=पोस्ट-लिथियम-आयन बैटरियों की चुनौतियाँ और लाभ|journal=New Journal of Chemistry |volume=44 |issue=5 |pages=1678 |doi=10.1039/C9NJ05682C |doi-access=free}}</ref>
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प्रयोगात्मक सोडियम-आयन बैटरियों में ऊर्जा घनत्व बढ़ाने के लिए ग्राफीन जानूस कणों का उपयोग किया जाता है। एक पक्ष इंटरेक्शन साइट प्रदान करता है जबकि दूसरा अंतर-परत पृथक्करण प्रदान करता है और इस प्रकार  ऊर्जा घनत्व 337 एमएएच/जी पर पहुंच जाता है।<ref>{{Cite web|last=Lavars|first=Nick|date=2021-08-26|title=दो-मुंह वाला ग्राफीन सोडियम-आयन बैटरी की क्षमता को दस गुना बढ़ा देता है|url=https://newatlas.com/energy/janus-graphene-sodium-battery-capacity/|url-status=live|access-date=2021-08-26|website=New Atlas|language=en-US}}</ref>
प्रयोगात्मक सोडियम-आयन बैटरियों में ऊर्जा घनत्व बढ़ाने के लिए ग्राफीन जानूस कणों का उपयोग किया जाता है। एक पक्ष इंटरेक्शन साइट प्रदान करता है जबकि दूसरा अंतर-परत पृथक्करण प्रदान करता है और इस प्रकार  ऊर्जा घनत्व 337 एमएएच/जी पर पहुंच जाता है।<ref>{{Cite web|last=Lavars|first=Nick|date=2021-08-26|title=दो-मुंह वाला ग्राफीन सोडियम-आयन बैटरी की क्षमता को दस गुना बढ़ा देता है|url=https://newatlas.com/energy/janus-graphene-sodium-battery-capacity/|url-status=live|access-date=2021-08-26|website=New Atlas|language=en-US}}</ref>
=== कैथोड ===
=== कैथोड ===
सोडियम-आयन कैथोड सोडियम को इंटरकलेशन (रसायन विज्ञान) के माध्यम से स्टोर करते हैं। उनके उच्च [[थोक घनत्व]], उच्च परिचालन क्षमता और उच्च क्षमता के कारण, सोडियम संक्रमण धातु आक्साइड पर आधारित कैथोड ने सबसे अधिक ध्यान आकर्षित किया है। लागत कम रखने के लिए, अनुसंधान कोबाल्ट, [[क्रोमियम]], निकेल या [[वैनेडियम]] जैसे महंगे तत्वों को कम करने का प्रयास करता है। एक P2-प्रकार Na<sub>2/3</sub>फ़े<sub>1/2</sub>एम.एन.<sub>1/2</sub>O<sub>2</sub> पृथ्वी-प्रचुर मात्रा में Fe और Mn संसाधनों से ऑक्साइड प्रतिवर्ती रूप से 2.75 V बनाम Na/Na के औसत डिस्चार्ज वोल्टेज पर 190 mAh/g स्टोर कर सकता है<sup>+</sup> Fe का उपयोग करना<sup>3+/4+</sup> [[रिडॉक्स]] - LiFePO जैसे व्यावसायिक लिथियम-आयन कैथोड के बराबर या उससे बेहतर<sub>4</sub> या लिमन<sub>2</sub>O<sub>4</sub>.<ref>{{Cite journal|last1=Komaba|first1=Shinichi|last2=Yamada|first2=Yasuhiro|last3=Usui|first3=Ryo|last4=Okuyama|first4=Ryoichi|last5=Hitomi|first5=Shuji|last6=Nishikawa|first6=Heisuke|last7=Iwatate|first7=Junichi|last8=Kajiyama|first8=Masataka|last9=Yabuuchi|first9=Naoaki|date=June 2012|title=P2-type Nax[Fe1/2Mn1/2]O2 made from earth-abundant elements for rechargeable Na batteries|journal=Nature Materials|volume=11|issue=6|pages=512–517|doi=10.1038/nmat3309|pmid=22543301|bibcode=2012NatMa..11..512Y|issn=1476-4660}}</ref> हालांकि, इसकी सोडियम की कमी प्रकृति ने ऊर्जा घनत्व कम कर दिया। Na-richer ऑक्साइड विकसित करने में महत्वपूर्ण प्रयास किए गए। एक मिश्रित P3/P2/O3-प्रकार Na<sub>0.76</sub>एम.एन.<sub>0.5</sub>में<sub>0.3</sub>फ़े<sub>0.1</sub>मिलीग्राम<sub>0.1</sub>O<sub>2</sub> 3.2 V बनाम Na/Na के औसत डिस्चार्ज वोल्टेज पर 140 mAh/g देने के लिए प्रदर्शित किया गया था<sup>+</sup> 2015 में।<ref>{{Cite journal|last1=Keller|first1=Marlou|last2=Buchholz|first2=Daniel|last3=Passerini|first3=Stefano|date=2016|title=मिश्रित पी- और ओ-टाइप चरणों के सहक्रियात्मक प्रभाव के परिणामस्वरूप उत्कृष्ट प्रदर्शन के साथ स्तरित ना-आयन कैथोड|journal=Advanced Energy Materials|volume=6|issue=3|pages=1501555|doi=10.1002/aenm.201501555|issn=1614-6840|pmc=4845635|pmid=27134617}}</ref> विशेष रूप से, O3 प्रकार NaNi<sub>1/4</sub>पहले से<sub>1/6</sub>एम.एन.<sub>2/12</sub>का<sub>4/12</sub>एस.एन.<sub>1/12</sub>O<sub>2</sub> ऑक्साइड 3.22 V बनाम Na/Na के औसत वोल्टेज पर 160 mAh/g वितरित कर सकता है<sup>+</sup>,<ref>{{cite web|last1=Kendrick|first1= E.|last2= Gruar|first2= R.|last3= Nishijima|first3= M.|last4= Mizuhata|first4= H.|last5= Otani|first5= T.|last6= Asako|first6= I.|last7= Kamimura|first7= Y. |title=Tin-Containing Compounds United States Patent No. US 10,263,254|url=https://patentimages.storage.googleapis.com/c1/bf/cf/7daf59140325f7/US10263254.pdf  |date=May 22, 2014}}</ref> जबकि [[स्तुईचिओमेटरी]] ना के डोप्ड नी-आधारित ऑक्साइड की एक श्रृंखला<sub>a</sub>में<sub>(1−x−y−z)</sub>एम.एन.<sub>x</sub>मिलीग्राम<sub>y</sub>का<sub>z</sub>O<sub>2</sub> Ni का उपयोग करते हुए 3.2 V के औसत डिस्चार्ज वोल्टेज पर हार्ड कार्बन एनोड के साथ सोडियम-आयन "फुल सेल" में 157 mAh/g डिलीवर कर सकता है<sup>2+/4+</sup> रेडॉक्स युगल।<ref name=":1">{{Cite journal|last1=Bauer|first1=Alexander|last2=Song|first2=Jie|last3=Vail|first3=Sean|last4=Pan|first4=Wei|last5=Barker|first5=Jerry|last6=Lu|first6=Yuhao|date=2018|title=गैर-जलीय ना-आयन बैटरी प्रौद्योगिकियों का विस्तार और व्यावसायीकरण|journal=Advanced Energy Materials|volume=8|issue=17|pages=1702869|doi=10.1002/aenm.201702869|issn=1614-6840|doi-access=free}}</ref> पूर्ण सेल विन्यास में ऐसा प्रदर्शन बेहतर है या व्यावसायिक लिथियम-आयन सिस्टम के बराबर है। ए ना<sub>0.67</sub>एम.एन.<sub>1−x</sub>मिलीग्राम<sub>x</sub>O<sub>2</sub> कैथोड पदार्थ ने ना के लिए 175 एमएएच/जी की डिस्चार्ज क्षमता प्रदर्शित की<sub>0.67</sub>एम.एन.<sub>0.95</sub>मिलीग्राम<sub>0.05</sub>O<sub>2</sub>. इस कैथोड में केवल प्रचुर मात्रा में तत्व होते थे।<ref>{{Cite journal| first1=Juliette|last1= Billaud|first2= Gurpreet|last2= Singh|first3= A. Robert|last3= Armstrong|first4= Elena|last4= Gonzalo|first5=Vladimir|last5=Roddatis|first6= Michel|last6= Armand|date=2014-02-21|title=Na<sub>0.67</sub>Mn<sub>1−x</sub>Mg<sub>x</sub>O<sub>2</sub>(0<=x<=2):a high capacity cathode for sodium-ion batteries|journal=Energy & Environmental Science|volume=7|pages=1387–1391|doi=10.1039/c4ee00465e}}</ref> कॉपर-प्रतिस्थापित ना<sub>0.67</sub>में<sub>0.3−x</sub>साथ<sub>x</sub>एम.एन.<sub>0.7</sub>O<sub>2</sub> कैथोड पदार्थ ने बेहतर क्षमता प्रतिधारण के साथ एक उच्च प्रतिवर्ती क्षमता दिखाई। कॉपर-फ्री ना के विपरीत<sub>0.67</sub>में<sub>0.3−x</sub>साथ<sub>x</sub>एम.एन.<sub>0.7</sub>O<sub>2</sub> इलेक्ट्रोड, के रूप में तैयार Cu-प्रतिस्थापित कैथोड बेहतर सोडियम भंडारण प्रदान करते हैं। चूंकि , Cu वाले कैथोड अधिक महंगे हैं।<ref>{{Cite journal| first1=Lei|last1= Wang|first2= Yong-Gang|last2= Sun|first3= Lin-Lin|last3= Hu|first4= Jun-Yu|last4= Piao|first5=Jing|last5=Guo|first6= Arumugam|last6= Manthiram|first7=Jianmin|last7=Ma|first8=An-Min|last8=Cao|date=2017-04-09|title=Copper-substituted Na<sub>0.67</sub>Ni<sub>0.3−x</sub>Cu<sub>x</sub>Mn<sub>0.7</sub>O<sub>2</sub> cathode materials for sodium-ion batteries with suppressed P2–O2 phase transition|journal=Journal of Materials Chemistry A|volume=5|issue= 18|pages=8752–8761|doi=10.1039/c7ta00880e}}</ref>
सोडियम-आयन कैथोड सोडियम को अंतर्निवेशन (रसायन विज्ञान) के माध्यम से स्टोर करते हैं। उनके उच्च [[थोक घनत्व|टैप घनत्व]], उच्च परिचालन क्षमता और उच्च क्षमता के कारण सोडियम ट्रांजीशन धातु आक्साइड पर आधारित कैथोड ने सबसे अधिक ध्यान आकर्षित किया है और इस प्रकार लागत कम रखने के लिए अनुसंधान कोबाल्ट, [[क्रोमियम]], निकेल या [[वैनेडियम]] जैसे महंगे तत्वों को कम करने का प्रयास करता है। एक A P2-प्रकार Na<sub>2/3</sub>Fe<sub>1/2</sub>Mn<sub>1/2</sub>O<sub>2</sub> पृथ्वी-प्रचुर मात्रा में Fe और Mn संसाधनों से ऑक्साइड प्रतिवर्ती रूप से 2.75 V ''vs'' Na/Na<sup>+</sup> के औसत डिस्चार्ज वोल्टेज पर 190 एमएएच/जी को स्टोर कर सकता है और इस प्रकार  Fe<sup>3+/4+</sup> का उपयोग करना [[रिडॉक्स]] LiFePO<sub>4</sub> या LiMn<sub>2</sub>O<sub>4</sub> जैसे व्यावसायिक लिथियम-आयन कैथोड के बराबर या उससे अच्छे होते है,<ref>{{Cite journal|last1=Komaba|first1=Shinichi|last2=Yamada|first2=Yasuhiro|last3=Usui|first3=Ryo|last4=Okuyama|first4=Ryoichi|last5=Hitomi|first5=Shuji|last6=Nishikawa|first6=Heisuke|last7=Iwatate|first7=Junichi|last8=Kajiyama|first8=Masataka|last9=Yabuuchi|first9=Naoaki|date=June 2012|title=P2-type Nax[Fe1/2Mn1/2]O2 made from earth-abundant elements for rechargeable Na batteries|journal=Nature Materials|volume=11|issue=6|pages=512–517|doi=10.1038/nmat3309|pmid=22543301|bibcode=2012NatMa..11..512Y|issn=1476-4660}}</ref> चूंकि, इसकी सोडियम की कमी में प्रकृति ऊर्जा घनत्व को कम कर दिया हैं। Na-रिचर ऑक्साइड विकसित करने में महत्वपूर्ण प्रयास किए गए हैं। एक मिश्रित P3/P2/O3 प्रकार Na<sub>0.76</sub>Mn<sub>0.5</sub>Ni<sub>0.3</sub>Fe<sub>0.1</sub>Mg<sub>0.1</sub>O<sub>2</sub> .को 2015 में Ni2+/4+ रेडॉक्स युग्म का उपयोग करके 3.22 V ''vs'' Na/Na<sup>+</sup> के औसत डिस्चार्ज वोल्टेज पर 140 एमएएच/जी देने के लिए प्रदर्शित किया गया था।<ref>{{Cite journal|last1=Keller|first1=Marlou|last2=Buchholz|first2=Daniel|last3=Passerini|first3=Stefano|date=2016|title=मिश्रित पी- और ओ-टाइप चरणों के सहक्रियात्मक प्रभाव के परिणामस्वरूप उत्कृष्ट प्रदर्शन के साथ स्तरित ना-आयन कैथोड|journal=Advanced Energy Materials|volume=6|issue=3|pages=1501555|doi=10.1002/aenm.201501555|issn=1614-6840|pmc=4845635|pmid=27134617}}</ref> और इस प्रकार विशेष रूप से, O3 प्रकार NaNi<sub>1/4</sub>Na<sub>1/6</sub>Mn<sub>2/12</sub>Ti<sub>4/12</sub>Sn<sub>1/12</sub>O<sub>2</sub> ऑक्साइड 3.22 V ''vs'' Na/Na<sup>+</sup> के औसत वोल्टेज पर 160 एमएएच/जी वितरित करता है,<ref>{{cite web|last1=Kendrick|first1= E.|last2= Gruar|first2= R.|last3= Nishijima|first3= M.|last4= Mizuhata|first4= H.|last5= Otani|first5= T.|last6= Asako|first6= I.|last7= Kamimura|first7= Y. |title=Tin-Containing Compounds United States Patent No. US 10,263,254|url=https://patentimages.storage.googleapis.com/c1/bf/cf/7daf59140325f7/US10263254.pdf  |date=May 22, 2014}}</ref> जबकि [[स्तुईचिओमेटरी|स्ट्राइकियोमीट्री]] के डोप्ड Ni आधारित ऑक्साइड की एक श्रृंखला में Na<sub>a</sub>Ni<sub>(1−x−y−z)</sub>Mn<sub>x</sub>Mg<sub>y</sub>Ti<sub>z</sub>O<sub>2</sub> का उपयोग करते हुए 3.2 V के औसत डिस्चार्ज वोल्टेज पर हार्ड कार्बन एनोड के साथ सोडियम-आयन "फुल सेल" में 157 एमएएच/जी डिलीवर कर सकता है।<ref name=":1">{{Cite journal|last1=Bauer|first1=Alexander|last2=Song|first2=Jie|last3=Vail|first3=Sean|last4=Pan|first4=Wei|last5=Barker|first5=Jerry|last6=Lu|first6=Yuhao|date=2018|title=गैर-जलीय ना-आयन बैटरी प्रौद्योगिकियों का विस्तार और व्यावसायीकरण|journal=Advanced Energy Materials|volume=8|issue=17|pages=1702869|doi=10.1002/aenm.201702869|issn=1614-6840|doi-access=free}}</ref> पूर्ण सेल कॉन्फ़िगरेशन में ऐसा प्रदर्शन बहुत अच्छा माना जाता है जिससे की व्यावसायिक लिथियम-आयन प्रणाली के बराबर होता है। इस प्रकार Na<sub>0.67</sub>Mn<sub>1−x</sub>Mg<sub>x</sub>O<sub>2</sub> कैथोड पदार्थ ने Na<sub>0.67</sub>Mn<sub>0.95</sub>Mg<sub>0.05</sub>O<sub>2</sub> के लिए 175 एमएएच/जी की डिस्चार्ज क्षमता प्रदर्शित की है। इस कैथोड में केवल प्रचुर मात्रा में तत्व उपस्थित होते है।<ref>{{Cite journal| first1=Juliette|last1= Billaud|first2= Gurpreet|last2= Singh|first3= A. Robert|last3= Armstrong|first4= Elena|last4= Gonzalo|first5=Vladimir|last5=Roddatis|first6= Michel|last6= Armand|date=2014-02-21|title=Na<sub>0.67</sub>Mn<sub>1−x</sub>Mg<sub>x</sub>O<sub>2</sub>(0<=x<=2):a high capacity cathode for sodium-ion batteries|journal=Energy & Environmental Science|volume=7|pages=1387–1391|doi=10.1039/c4ee00465e}}</ref> कॉपर-प्रतिस्थापित Na<sub>0.67</sub>Ni<sub>0.3−x</sub>Cu<sub>x</sub>Mn<sub>0.7</sub>O<sub>2</sub> कैथोड पदार्थ ने अच्छी क्षमता प्रतिधारण के साथ एक उच्च प्रतिवर्ती क्षमता दिखाई है। कॉपर-मुक्त  Na<sub>0.67</sub>Ni<sub>0.3−x</sub>Cu<sub>x</sub>Mn<sub>0.7</sub>O<sub>2</sub> इलेक्ट्रोड के विपरीत पहले से तैयार Cu-प्रतिस्थापित कैथोड अच्छे सोडियम भंडारण प्रदान करते हैं। चूंकि, Cu वाले कैथोड अधिक महंगे होते है।<ref>{{Cite journal| first1=Lei|last1= Wang|first2= Yong-Gang|last2= Sun|first3= Lin-Lin|last3= Hu|first4= Jun-Yu|last4= Piao|first5=Jing|last5=Guo|first6= Arumugam|last6= Manthiram|first7=Jianmin|last7=Ma|first8=An-Min|last8=Cao|date=2017-04-09|title=Copper-substituted Na<sub>0.67</sub>Ni<sub>0.3−x</sub>Cu<sub>x</sub>Mn<sub>0.7</sub>O<sub>2</sub> cathode materials for sodium-ion batteries with suppressed P2–O2 phase transition|journal=Journal of Materials Chemistry A|volume=5|issue= 18|pages=8752–8761|doi=10.1039/c7ta00880e}}</ref>
 
अनुसंधान ने [[बहुआयन]]ों पर आधारित कैथोडों पर भी विचार किया है। इस तरह के कैथोड कम नल घनत्व प्रदान करते हैं, भारी आयनों के कारण ऊर्जा घनत्व कम करते हैं। यह पॉलीअनियन के मजबूत [[सहसंयोजक बंधन]] से ऑफसेट हो सकता है जो चक्र जीवन और सुरक्षा पर सकारात्मक प्रभाव डालता है। बहुआयन आधारित कैथोड में, सोडियम वैनेडियम फॉस्फेट<ref>{{Cite journal|last1=Uebou|first1=Yasushi|last2=Kiyabu|first2=Toshiyasu|last3=Okada|first3=Shigeto|last4=Yamaki|first4=Jun-Ichi|title=Electrochemical Sodium Insertion into the 3D-framework of Na3M2(PO4)3 (M=Fe, V)|journal=The Reports of Institute of Advanced Material Study, Kyushu University|language=ja|volume=16|pages=1–5|hdl=2324/7951}}</ref> और [[मोनोफ्लोरोफॉस्फेट]]<ref>{{cite web|last1=Barker|first1= J.|last2= Saidi|first2= Y.|last3= Swoyer|first3= J. L. |title=Sodium ion Batteries United States Patent No. US 6,872,492 Issued March 29, 2005 |url=https://patentimages.storage.googleapis.com/10/6b/db/161f02860d5ff0/US6872492.pdf }}</ref> उत्कृष्ट साइकलिंग स्थिरता का प्रदर्शन किया है और बाद में, उच्च औसत डिस्चार्ज वोल्टेज (⁓3.6 V बनाम Na/Na) पर एक स्वीकार्य उच्च क्षमता (⁓120 mAh/g)<sup>+</sup>).<ref>{{Cite journal|last1=Kang|first1=Kisuk|last2=Lee|first2=Seongsu|last3=Gwon|first3=Hyeokjo|last4=Kim|first4=Sung-Wook|last5=Kim|first5=Jongsoon|last6=Park|first6=Young-Uk|last7=Kim|first7=Hyungsub|last8=Seo|first8=Dong-Hwa|last9=Shakoor|first9=R. A.|date=2012-09-11|title=A combined first principles and experimental study on Na3V2(PO4)2F3 for rechargeable Na batteries|journal=Journal of Materials Chemistry|volume=22|issue=38|pages=20535–20541|doi=10.1039/C2JM33862A|issn=1364-5501}}</ref>
अनुसंधान ने [[बहुआयन]]ों पर आधारित कैथोडों पर भी विचार किया है। इस तरह के कैथोड कम नल घनत्व प्रदान करते हैं, भारी आयनों के कारण ऊर्जा घनत्व कम करते हैं। यह पॉलीअनियन के मजबूत [[सहसंयोजक बंधन]] से ऑफसेट हो सकता है जो चक्र जीवन और सुरक्षा पर सकारात्मक प्रभाव डालता है। बहुआयन आधारित कैथोड में, सोडियम वैनेडियम फॉस्फेट<ref>{{Cite journal|last1=Uebou|first1=Yasushi|last2=Kiyabu|first2=Toshiyasu|last3=Okada|first3=Shigeto|last4=Yamaki|first4=Jun-Ichi|title=Electrochemical Sodium Insertion into the 3D-framework of Na3M2(PO4)3 (M=Fe, V)|journal=The Reports of Institute of Advanced Material Study, Kyushu University|language=ja|volume=16|pages=1–5|hdl=2324/7951}}</ref> और [[मोनोफ्लोरोफॉस्फेट]]<ref>{{cite web|last1=Barker|first1= J.|last2= Saidi|first2= Y.|last3= Swoyer|first3= J. L. |title=Sodium ion Batteries United States Patent No. US 6,872,492 Issued March 29, 2005 |url=https://patentimages.storage.googleapis.com/10/6b/db/161f02860d5ff0/US6872492.pdf }}</ref> उत्कृष्ट साइकलिंग स्थिरता का प्रदर्शन किया है और बाद में, उच्च औसत डिस्चार्ज वोल्टेज (⁓3.6 V बनाम Na/Na) पर एक स्वीकार्य उच्च क्षमता (⁓120 mAh/g)<sup>+</sup>).<ref>{{Cite journal|last1=Kang|first1=Kisuk|last2=Lee|first2=Seongsu|last3=Gwon|first3=Hyeokjo|last4=Kim|first4=Sung-Wook|last5=Kim|first5=Jongsoon|last6=Park|first6=Young-Uk|last7=Kim|first7=Hyungsub|last8=Seo|first8=Dong-Hwa|last9=Shakoor|first9=R. A.|date=2012-09-11|title=A combined first principles and experimental study on Na3V2(PO4)2F3 for rechargeable Na batteries|journal=Journal of Materials Chemistry|volume=22|issue=38|pages=20535–20541|doi=10.1039/C2JM33862A|issn=1364-5501}}</ref>
कई रिपोर्टों में विभिन्न [[हल्का नीला]] और प्रशिया ब्लू एनालॉग्स (पीबीए) के उपयोग पर चर्चा की गई है, जिसमें पेटेंट किए गए rhombohedral Na सम्मलित हैं।<sub>2</sub>एमएनएफई (सीएन)<sub>6</sub> क्षमता में 150–160 mAh/g और 3.4 V औसत डिस्चार्ज वोल्टेज प्रदर्शित करता है<ref>{{Cite journal|last1=Goodenough|first1=John B.|last2=Cheng|first2=Jinguang|last3=Wang|first3=Long|last4=Lu|first4=Yuhao|date=2012-06-06|title=Prussian blue: a new framework of electrode materials for sodium batteries|journal=Chemical Communications|volume=48|issue=52|pages=6544–6546|doi=10.1039/C2CC31777J|pmid=22622269|s2cid=30623364|issn=1364-548X|url=https://semanticscholar.org/paper/6558bf7938b38507446f8670baeaf7b674f6278e}}</ref><ref>{{Cite journal|last1=Song|first1=Jie|last2=Wang|first2=Long|last3=Lu|first3=Yuhao|last4=Liu|first4=Jue|last5=Guo|first5=Bingkun|last6=Xiao|first6=Penghao|last7=Lee|first7=Jong-Jan|last8=Yang|first8=Xiao-Qing|last9=Henkelman|first9=Graeme|date=2015-02-25|title=Removal of Interstitial H2O in Hexacyanometallates for a Superior Cathode of a Sodium-Ion Battery|journal=Journal of the American Chemical Society|volume=137|issue=7|pages=2658–2664|doi=10.1021/ja512383b|pmid=25679040|s2cid=2335024 |issn=0002-7863}}</ref><ref>{{cite web|last1=Lu|first1= Y.|last2= Kisdarjono|first2= H.|last3= Lee|first3= J. J.|last4= Evans|first4= D. |title=Transition metal hexacyanoferrate battery cathode with single plateau charge/discharge curve United States Patent No. 9,099,718 Issued August 4, 2015; Filed by Sharp Laboratories of America, Inc. on October 3, 2013|url=https://patentimages.storage.googleapis.com/ac/48/29/211dbcea2a9631/US9099718.pdf }}</ref> और rhombohedral प्रशिया सफेद ना<sub>1.88(5)</sub>फे [फे (सीएन)<sub>6</sub>]·0.18(9)एच<sub>2</sub>O 158 mAh/g की प्रारंभिक क्षमता प्रदर्शित करता है और 50 चक्रों के बाद 90% क्षमता बनाए रखता है।<ref>{{Cite journal|last1=Brant|first1=William R.|last2=Mogensen|first2=Ronnie|last3=Colbin|first3=Simon|last4=Ojwang|first4=Dickson O.|last5=Schmid|first5=Siegbert|last6=Häggström|first6=Lennart|last7=Ericsson|first7=Tore|last8=Jaworski|first8=Aleksander|last9=Pell|first9=Andrew J.|last10=Younesi|first10=Reza|date=2019-09-24|title=संवर्धित सामग्री गुणों के लिए प्रशिया व्हाइट में संरचना का चयनात्मक नियंत्रण|url=https://doi.org/10.1021/acs.chemmater.9b01494|journal=Chemistry of Materials|volume=31|issue=18|pages=7203–7211|doi=10.1021/acs.chemmater.9b01494|s2cid=202881037|issn=0897-4756}}</ref>
कई रिपोर्टों में विभिन्न [[हल्का नीला]] और प्रशिया ब्लू एनालॉग्स (पीबीए) के उपयोग पर चर्चा की गई है, जिसमें पेटेंट किए गए rhombohedral Na सम्मलित हैं।<sub>2</sub>एमएनएफई (सीएन)<sub>6</sub> क्षमता में 150–160 mAh/g और 3.4 V औसत डिस्चार्ज वोल्टेज प्रदर्शित करता है<ref>{{Cite journal|last1=Goodenough|first1=John B.|last2=Cheng|first2=Jinguang|last3=Wang|first3=Long|last4=Lu|first4=Yuhao|date=2012-06-06|title=Prussian blue: a new framework of electrode materials for sodium batteries|journal=Chemical Communications|volume=48|issue=52|pages=6544–6546|doi=10.1039/C2CC31777J|pmid=22622269|s2cid=30623364|issn=1364-548X|url=https://semanticscholar.org/paper/6558bf7938b38507446f8670baeaf7b674f6278e}}</ref><ref>{{Cite journal|last1=Song|first1=Jie|last2=Wang|first2=Long|last3=Lu|first3=Yuhao|last4=Liu|first4=Jue|last5=Guo|first5=Bingkun|last6=Xiao|first6=Penghao|last7=Lee|first7=Jong-Jan|last8=Yang|first8=Xiao-Qing|last9=Henkelman|first9=Graeme|date=2015-02-25|title=Removal of Interstitial H2O in Hexacyanometallates for a Superior Cathode of a Sodium-Ion Battery|journal=Journal of the American Chemical Society|volume=137|issue=7|pages=2658–2664|doi=10.1021/ja512383b|pmid=25679040|s2cid=2335024 |issn=0002-7863}}</ref><ref>{{cite web|last1=Lu|first1= Y.|last2= Kisdarjono|first2= H.|last3= Lee|first3= J. J.|last4= Evans|first4= D. |title=Transition metal hexacyanoferrate battery cathode with single plateau charge/discharge curve United States Patent No. 9,099,718 Issued August 4, 2015; Filed by Sharp Laboratories of America, Inc. on October 3, 2013|url=https://patentimages.storage.googleapis.com/ac/48/29/211dbcea2a9631/US9099718.pdf }}</ref> और rhombohedral प्रशिया सफेद ना<sub>1.88(5)</sub>फे [फे (सीएन)<sub>6</sub>]·0.18(9)एच<sub>2</sub>O 158 mAh/g की प्रारंभिक क्षमता प्रदर्शित करता है और 50 चक्रों के बाद 90% क्षमता बनाए रखता है।<ref>{{Cite journal|last1=Brant|first1=William R.|last2=Mogensen|first2=Ronnie|last3=Colbin|first3=Simon|last4=Ojwang|first4=Dickson O.|last5=Schmid|first5=Siegbert|last6=Häggström|first6=Lennart|last7=Ericsson|first7=Tore|last8=Jaworski|first8=Aleksander|last9=Pell|first9=Andrew J.|last10=Younesi|first10=Reza|date=2019-09-24|title=संवर्धित सामग्री गुणों के लिए प्रशिया व्हाइट में संरचना का चयनात्मक नियंत्रण|url=https://doi.org/10.1021/acs.chemmater.9b01494|journal=Chemistry of Materials|volume=31|issue=18|pages=7203–7211|doi=10.1021/acs.chemmater.9b01494|s2cid=202881037|issn=0897-4756}}</ref>




Revision as of 14:24, 2 July 2023

सोडियम-आयन बैटरी (एनआईबी या एसआईबी) एक प्रकार की रिचार्जेबल बैटरी है, जो अपने चार्ज वाहक के रूप में सोडियम आयन (Na+) का उपयोग करती है और इस प्रकार कुछ स्थितियों में, इसके कार्य सिद्धांत और सेल निर्माण लिथियम आयन बैटरी (एलआईबी) प्रकारों के समान होते हैं, लेकिन लिथियम को सोडियम के साथ प्रतिस्थापित कर कैथोड पदार्थ के रूप में बदल देती है, जो लीथियम के रूप में आवर्त सारणी में समान समूह के होते हैं और इस प्रकार समान रासायनिक गुण होते हैं।

एसआईबीएस को 2010 और 2020 के दशक में शैक्षणिक और व्यावसायिक रुचि प्राप्त हुई थी और इस प्रकार मुख्य रूप से असमान भौगोलिक वितरण उच्च पर्यावरणीय प्रभाव और लिथियम-आयन बैटरी के लिए आवश्यक बहुत से सामग्रियों की उच्च लागत के रूप में थी। इनमें से प्रमुख लिथियम, कोबाल्ट, ताँबा और निकल के रूप में थी, जो कठोरता से अनेक सोडियम आयन बैटरी के लिए आवश्यक नहीं होती है।[1] सोडियम-आयन बैटरियों का सबसे बड़ा लाभ सोडियम की प्राकृतिक प्रचुरता है,[2] जिसे खारे पानी से आसानी से निकाला जा सकता है और इस प्रकार एसआईबीएस को अपनाने की चुनौतियों में निम्न ऊर्जा घनत्व और अपर्याप्त डिस्चार्ज चक्र के रूप में सम्मलित हैं।[3]

बैटरी भंडारण प्रौद्योगिकियों के बारे में 2021 से संयुक्त राज्य अमेरिका के ऊर्जा सूचना प्रशासन की रिपोर्ट में इस प्रौद्योगिकी का उल्लेख नहीं किया गया है, [4] और सोडियम-आयन विद्युतीय वाहन बैटरी का उपयोग करने वाले इलेक्ट्रिक वाहन अभी व्यावसायिक रूप से उपलब्ध नहीं हैं। चूंकि, विश्व के सबसे बड़े बैटरी निर्माता कैटेल ने 2022 में एसआईबीएस के बड़े पैमाने पर उत्पादन की घोषणा की थी। फरवरी 2023 में, चीनी हैना बैटरी प्रौद्योगिकी सह. लि. ने पहली बार एक इलेक्ट्रिक टेस्ट कार में 140 Wh/kg सोडियम-आयन बैटरी लगाई, [5] और ऊर्जा भंडारण निर्माता पिलोनटेक ने टीयूवी रीनलैंड से पहला सोडियम-आयन बैटरी प्रमाणपत्र प्राप्त किया था।[6]

इतिहास

सोडियम-आयन बैटरी का विकास 1970 और 1980 के दशक के प्रारंभ में हुआ था। चूंकि, 1990 के दशक तक लिथियम आयन बैटरियों ने अधिक व्यावसायिक दायित्व का प्रदर्शन किया था, जिससे सोडियम-आयन बैटरियों में रुचि कम हो गई थी।[7][8] 2010 की शुरुआत में, सोडियम-आयन बैटरियों ने पुनरुत्थान का अनुभव किया था, जो मुख्य रूप से लिथियम-आयन बैटरी कच्चे माल की बढ़ती लागत से प्रेरित थी।[7]

ऑपरेटिंग सिद्धांत

एसआईबी सेल में सोडियम युक्त पदार्थ पर आधारित एक कैथोड के रूप में होता है, एक एनोड आवश्यक नहीं कि सोडियम-आधारित पदार्थ हो और एक तरल विद्युत् अपघट्य जिसमें रासायनिक ध्रुवीय प्रोटिक सॉल्वेंट या ध्रुवीय एप्रोटिक विलायक सॉल्वैंट्स में भिन्न -भिन्न सोडियम लवण होते हैं। चार्जिंग के समय सोडियम आयन कैथोड से एनोड की ओर जाते हैं जबकि इलेक्ट्रॉन बाहरी परिपथ से विचलन करते हैं और इस प्रकार डिस्चार्ज के समय रिवर्स प्रक्रिया होती है।

सामग्री

सोडियम के भौतिक और विद्युत रासायनिक गुणों के कारण, एसआईबीएस को एलआईबीएस के लिए उपयोग की जाने वाली सामग्रियों के अतिरिक्त अन्य सामग्रियों की आवश्यकता होती है।[9]

एनोड

एसआईबीएसकठोर कार्बन का उपयोग करते हैं और इस प्रकार एक अव्यवस्थित कार्बन पदार्थ जिसमें एक गैर-ग्राफिटिज़ेबल, गैर-क्रिस्टलीय और अमोरफोस कार्बन होता है। हार्ड कार्बन की सोडियम को अवशोषित करने की क्षमता 2000 में खोजी गई थी।[10] यह एनोड ⁓0.15 V vs Na/Na+ से ऊपर की ढलान वाली संभावित प्रोफ़ाइल के साथ 300 एमएएच/जी देने के लिए दिखाया गया था। जिससे की यह क्षमता का लगभग आधा है और ⁓0.15 V vs Na/Na+ के नीचे एक सपाट संभावित प्रोफ़ाइल के रूप में होता है, एलआईबी के लिए ग्रेफाइट एनोड्स 300-360 एमएएच/जी की विशिष्ट क्षमता प्रदान करते हैं। हार्ड कार्बन का उपयोग करने वाला पहला सोडियम-आयन सेल 2003 में प्रदर्शित किया गया था और डिस्चार्ज के समय 3.7 वी औसत वोल्टेज के रूप में दिखाया गया था।[11] हार्ड कार्बन को इसकी कम कार्य क्षमता और साइकिलिंग स्थिरता के उत्कृष्ट संयोजन के कारण पसंद किया जाता है।

2015 में शोधकर्ताओं ने प्रदर्शित किया कि ग्रेफाइट ईथर-आधारित विद्युत् अपघट्य में सोडियम को सह-अंतःस्थापित कर सकता है। जिससे की 0 – 1.2 V vs Na/Na+ के बीच अपेक्षाकृत उच्च कार्य क्षमता के साथ लगभग 100 एमएएच/जी की कम क्षमता प्राप्त की गई है.[12] कुछ सोडियम टाइटेनेट चरण जैसे Na2Ti3O7,[13][14][15] या NaTiO2 के रूप में होते है,[16] और इस प्रकार लगभग 90–180 एमएएच/जी कम कार्यशील क्षमता पर वितरित क्षमता (< 1 V vs Na/Na+) के रूप में होता है, चूंकि साइकिल चलाने की स्थिरता कुछ सौ चक्रों तक सीमित होती है। कई रिपोर्टों में मिश्र धातु प्रतिक्रिया या रूपांतरण प्रतिक्रिया के माध्यम से सोडियम को संग्रहीत करने वाली एनोड पदार्थ का वर्णन किया जाता है।[7] और इस प्रकार मिश्र धातु सोडियम धातु सोडियम-आयन परिवहन को विनियमित करने और सोडियम डेन्ड्राइट्स की नोक पर विद्युत क्षेत्र के संचय को बचाने का लाभ होता है।[17] वांग, एट अल ने बताया कि निकेल एंटीमनी (NiSb) का एक स्व-विनियमन मिश्र धातु इंटरफ़ेस रासायनिक रूप से डिस्चार्ज के समय Na धातु पर जमा किया जाता है। NiSb की यह पतली परत Na धातु की एकसमान विद्युत रासायनिक प्लेटिंग को नियंत्रित करती है और इस प्रकार अतिविभव को कम करती है और 10 एमएएच सेमी-2 की उच्च क्षेत्र क्षमता पर 100 h से अधिक Na धातु की डेन्ड्राइट-मुक्त प्लेटिंग / स्ट्रिपिंग को प्रस्तुत करती है।[18]

एक अन्य अध्ययन में, ली एट अल ने सोडियम और धात्विक टिन Na15Sn4/Na को सहज प्रतिक्रिया के माध्यम से तैयार किया है।[19] यह एनोड के उच्च तापमान पर काम कर सकता है 90 °C (194 °F) कार्बोनेट विद्युत् अपघट्य में 1 mA cm−2 के साथ 1 mA h cm−2 पूर्ण सेल ने 2C के वर्तमान घनत्व पर 100 चक्रों की स्थिर साइकिलिंग दर प्रदर्शित को प्रदर्शित करता है।[19] और इस प्रकार अत्यधिक तापमान पर संचालित करने और ट्री के समान विकास को विनियमित करने की सोडियम मिश्र धातु की क्षमता के अतिरिक्त बार-बार भंडारण चक्रों के समय पदार्थ पर अनुभव किए जाने वाले गंभीर स्ट्रेस स्ट्रेन विशेष रूप से बड़े प्रारूप वाली सेल में साइकिल चालन स्थिरता को सीमित करता है और इस प्रकार दिसंबर 2020 में घोषित नैनो-आकार के मैगनीशियम कणों के साथ विज्ञान के टोक्यो विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं ने 478 एमएएच/जी को प्राप्त किया है।[20]

2021 में चीन के शोधकर्ताओं ने लेयर्ड संरचना को आजमाया MoS
2 सोडियम-आयन बैटरी के लिए एक नए प्रकार के एनोड के रूप में होता है। पॉलीमाइड से प्राप्त एन-डोपेड कार्बन नैनोट्यूब की सतह पर घनी कार्बन परत-लेपित MoS2 नैनोशीट के संयोजन प्रक्रिया को घना बनाता है। इस तरह का C-MoS2/NCNTs में 348 एमएएच/जी पर भंडारित कर सकता है जिसके बाद 400 चक्र पर 1 A/g पर 82% क्षमता की साइकिल को स्टोर कर सकता है।[21] TiS2 अपनी स्तरित संरचना के कारण SIBs के लिए एक अन्य संभावित पदार्थ है, लेकिन अभी तक SIBs की क्षमता फीका पड़ने की समस्या को दूर नहीं किया है, क्योंकि TiS2 खराब विद्युत रासायनिक गतिकी और अपेक्षाकृत कमजोर संरचनात्मक स्थिरता से ग्रस्त होते है। 2021 में नाइंग्बो चीन के शोधकर्ताओं ने प्री-पोटेशिएटेड TiS2 में 165.9 एमएएच/जी की दर क्षमता और 500 चक्रों के बाद 85.3% क्षमता की साइकिलिंग स्थिरता को प्रस्तुत किया है।[22]

प्रयोगात्मक सोडियम-आयन बैटरियों में ऊर्जा घनत्व बढ़ाने के लिए ग्राफीन जानूस कणों का उपयोग किया जाता है। एक पक्ष इंटरेक्शन साइट प्रदान करता है जबकि दूसरा अंतर-परत पृथक्करण प्रदान करता है और इस प्रकार ऊर्जा घनत्व 337 एमएएच/जी पर पहुंच जाता है।[23]

कैथोड

सोडियम-आयन कैथोड सोडियम को अंतर्निवेशन (रसायन विज्ञान) के माध्यम से स्टोर करते हैं। उनके उच्च टैप घनत्व, उच्च परिचालन क्षमता और उच्च क्षमता के कारण सोडियम ट्रांजीशन धातु आक्साइड पर आधारित कैथोड ने सबसे अधिक ध्यान आकर्षित किया है और इस प्रकार लागत कम रखने के लिए अनुसंधान कोबाल्ट, क्रोमियम, निकेल या वैनेडियम जैसे महंगे तत्वों को कम करने का प्रयास करता है। एक A P2-प्रकार Na2/3Fe1/2Mn1/2O2 पृथ्वी-प्रचुर मात्रा में Fe और Mn संसाधनों से ऑक्साइड प्रतिवर्ती रूप से 2.75 V vs Na/Na+ के औसत डिस्चार्ज वोल्टेज पर 190 एमएएच/जी को स्टोर कर सकता है और इस प्रकार Fe3+/4+ का उपयोग करना रिडॉक्स LiFePO4 या LiMn2O4 जैसे व्यावसायिक लिथियम-आयन कैथोड के बराबर या उससे अच्छे होते है,[24] चूंकि, इसकी सोडियम की कमी में प्रकृति ऊर्जा घनत्व को कम कर दिया हैं। Na-रिचर ऑक्साइड विकसित करने में महत्वपूर्ण प्रयास किए गए हैं। एक मिश्रित P3/P2/O3 प्रकार Na0.76Mn0.5Ni0.3Fe0.1Mg0.1O2 .को 2015 में Ni2+/4+ रेडॉक्स युग्म का उपयोग करके 3.22 V vs Na/Na+ के औसत डिस्चार्ज वोल्टेज पर 140 एमएएच/जी देने के लिए प्रदर्शित किया गया था।[25] और इस प्रकार विशेष रूप से, O3 प्रकार NaNi1/4Na1/6Mn2/12Ti4/12Sn1/12O2 ऑक्साइड 3.22 V vs Na/Na+ के औसत वोल्टेज पर 160 एमएएच/जी वितरित करता है,[26] जबकि स्ट्राइकियोमीट्री के डोप्ड Ni आधारित ऑक्साइड की एक श्रृंखला में NaaNi(1−x−y−z)MnxMgyTizO2 का उपयोग करते हुए 3.2 V के औसत डिस्चार्ज वोल्टेज पर हार्ड कार्बन एनोड के साथ सोडियम-आयन "फुल सेल" में 157 एमएएच/जी डिलीवर कर सकता है।[27] पूर्ण सेल कॉन्फ़िगरेशन में ऐसा प्रदर्शन बहुत अच्छा माना जाता है जिससे की व्यावसायिक लिथियम-आयन प्रणाली के बराबर होता है। इस प्रकार Na0.67Mn1−xMgxO2 कैथोड पदार्थ ने Na0.67Mn0.95Mg0.05O2 के लिए 175 एमएएच/जी की डिस्चार्ज क्षमता प्रदर्शित की है। इस कैथोड में केवल प्रचुर मात्रा में तत्व उपस्थित होते है।[28] कॉपर-प्रतिस्थापित Na0.67Ni0.3−xCuxMn0.7O2 कैथोड पदार्थ ने अच्छी क्षमता प्रतिधारण के साथ एक उच्च प्रतिवर्ती क्षमता दिखाई है। कॉपर-मुक्त Na0.67Ni0.3−xCuxMn0.7O2 इलेक्ट्रोड के विपरीत पहले से तैयार Cu-प्रतिस्थापित कैथोड अच्छे सोडियम भंडारण प्रदान करते हैं। चूंकि, Cu वाले कैथोड अधिक महंगे होते है।[29]

अनुसंधान ने बहुआयनों पर आधारित कैथोडों पर भी विचार किया है। इस तरह के कैथोड कम नल घनत्व प्रदान करते हैं, भारी आयनों के कारण ऊर्जा घनत्व कम करते हैं। यह पॉलीअनियन के मजबूत सहसंयोजक बंधन से ऑफसेट हो सकता है जो चक्र जीवन और सुरक्षा पर सकारात्मक प्रभाव डालता है। बहुआयन आधारित कैथोड में, सोडियम वैनेडियम फॉस्फेट[30] और मोनोफ्लोरोफॉस्फेट[31] उत्कृष्ट साइकलिंग स्थिरता का प्रदर्शन किया है और बाद में, उच्च औसत डिस्चार्ज वोल्टेज (⁓3.6 V बनाम Na/Na) पर एक स्वीकार्य उच्च क्षमता (⁓120 mAh/g)+).[32]

कई रिपोर्टों में विभिन्न हल्का नीला और प्रशिया ब्लू एनालॉग्स (पीबीए) के उपयोग पर चर्चा की गई है, जिसमें पेटेंट किए गए rhombohedral Na सम्मलित हैं।2एमएनएफई (सीएन)6 क्षमता में 150–160 mAh/g और 3.4 V औसत डिस्चार्ज वोल्टेज प्रदर्शित करता है[33][34][35] और rhombohedral प्रशिया सफेद ना1.88(5)फे [फे (सीएन)6]·0.18(9)एच2O 158 mAh/g की प्रारंभिक क्षमता प्रदर्शित करता है और 50 चक्रों के बाद 90% क्षमता बनाए रखता है।[36]


विद्युत् अपघट्य

सोडियम-आयन बैटरी जलीय बैटरी और गैर-जलीय विद्युत् अपघट्य का उपयोग कर सकती हैं। पानी की सीमित विद्युत रासायनिक खिड़की के परिणामस्वरूप कम वोल्टेज और सीमित ऊर्जा घनत्व होता है। गैर-जलीय कार्बोनेट एस्टर ध्रुवीय एप्रोटिक सॉल्वैंट्स वोल्टेज रेंज का विस्तार करते हैं। इनमें एथिलीन कार्बोनेट, डाइमिथाइल कार्बोनेट, डायथाइल कार्बोनेट और प्रोपलीन कार्बोनेट सम्मलित हैं। गैर-जलीय विद्युत् अपघट्य में सबसे व्यापक रूप से उपयोग किए जाने वाले लवण NaClO हैं4 और सोडियम हेक्साफ्लोरोफॉस्फेट (NaPF6) इन सॉल्वैंट्स के मिश्रण में घुल गया। इसके अलावा, NaTFSI (TFSI = bis(trifluoromethane)sulfonimide) और NaFSI (FSI = bis(fluorosulfonyl)imide, NaDFOB (DFOB = difluoro(oxalato)borate) और NaBOB (bis(oxalato)borate) आयन हाल ही में नए दिलचस्प के रूप में उभरे हैं। लवण। बेशक, विद्युत् अपघट्य एडिटिव्स का उपयोग प्रदर्शन मेट्रिक्स को बेहतर बनाने के लिए भी किया जा सकता है।[citation needed]

तुलना

प्रतिस्पर्धी बैटरी प्रौद्योगिकियों की तुलना में सोडियम-आयन बैटरियों के कई फायदे हैं। लिथियम-आयन बैटरी की तुलना में, सोडियम-आयन बैटरी की लागत कुछ कम होती है, ऊर्जा घनत्व थोड़ा कम होता है, बेहतर सुरक्षा विशेषताएं होती हैं, और इसी तरह की बिजली वितरण विशेषताएं होती हैं।

नीचे दी गई तालिका तुलना करती है कि वर्तमान में बाजार में दो स्थापित रिचार्जेबल बैटरी प्रौद्योगिकियों के खिलाफ सामान्य रूप से एनआईबी कैसे किराया करते हैं: लिथियम-आयन बैटरी और रिचार्जेबल लीड-एसिड बैटरी।[27][37]

Battery comparison
Sodium-ion battery Lithium-ion battery Lead–acid battery
Cost per kilowatt-hour of capacity $40–77 (theoretical in 2019)[1] $137 (average in 2020).[38] $100–300[39]
Volumetric energy density 250–375 W·h/L, based on prototypes[40] 200–683 W·h/L[41] 80–90 W·h/L[42]
Gravimetric energy density (specific energy) 75–200 W·h/kg, based on prototypes and product announcements[40][43][44] 120–260 W·h/kg[41] 35–40 Wh/kg[42]
Cycles at 80% depth of discharge[lower-alpha 1] Hundreds to thousands.[45] 3,500[39] 900[39]
Safety Low risk for aqueous batteries, high risk for Na in carbon batteries High risk[lower-alpha 2] Moderate risk
Materials Earth-abundant Scarce Toxic
Cycling stability High (negligible self-discharge) High (negligible self-discharge) Moderate (high self-discharge)
Direct current round-trip efficiency up to 92%[45] 85–95%[46] 70–90%[47]
Temperature range[lower-alpha 3] −20 °C to 60 °C[45] Acceptable:−20 °C to 60 °C.

Optimal: 15 °C to 35 °C[48]

−20 °C to 60 °C[49]


व्यावसायीकरण

दुनिया भर की कंपनियां व्यावसायिक रूप से व्यवहार्य सोडियम-आयन बैटरी विकसित करने के लिए काम कर रही हैं।

अप्रचलित

एक्वियन एनर्जी

Aquion Energy (2008 और 2017 के बीच) कार्नेगी मेलन विश्वविद्यालय से एक शोध स्पिन-ऑफ | स्पिन-ऑफ थी। उनकी बैटरी (नमक पानी की बैटरी) सोडियम टाइटेनियम फॉस्फेट एनोड, मैंगनीज डाइऑक्साइड कैथोड और जलीय सोडियम पर्क्लोरेट विद्युत् अपघट्य पर आधारित थी। सरकारी और निजी ऋण प्राप्त करने के बाद, कंपनी ने 2017 में दिवालिएपन के लिए दायर किया। इसकी संपत्ति एक चीनी निर्माता जुलाइन-टाइटन्स को बेच दी गई, जिसने एक्वियन के अधिकांश पेटेंट को छोड़ दिया।[50][51][52]


सक्रिय

फैराडियन लिमिटेड

फैराडियन लिमिटेड, भारत की रिलायंस इंडस्ट्रीज की सहायक कंपनी है।[53] इसका सेल डिज़ाइन हार्ड कार्बन एनोड और एक तरल विद्युत् अपघट्य के साथ ऑक्साइड कैथोड का उपयोग करता है। उनकी लिथियम-आयन बैटरी#प्रारूप में वाणिज्यिक ली-आयन बैटरी (सेल-स्तर पर 160 Wh/kg) की तुलना में ऊर्जा घनत्व होता है, इलेक्ट्रिक बैटरी तक अच्छी दर के प्रदर्शन के साथ#C दर और 300 (डिस्चार्ज की 100% गहराई) तक का चक्र जीवन 1,000 से अधिक चक्र (डिस्चार्ज की 80% गहराई)। इसके बैटरी पैक ने ई-बाइक और ई-स्कूटर अनुप्रयोगों के लिए उपयोग का प्रदर्शन किया है।[27]उन्होंने सोडियम-आयन सेल को लघु अवस्था में (0 V पर) परिवहन करने का प्रदर्शन किया, जिससे ऐसी सेल के व्यावसायिक परिवहन से जोखिम समाप्त हो गया।[54] यह एएमटीई पावर पीएलसी के साथ साझेदारी कर रहा है[55] (पूर्व में एजीएम बैटरीज लिमिटेड के रूप में जाना जाता था)।[56][57][58][59] 5 दिसंबर, 2022 को फैराडियन ने न्यू साउथ वेल्स ऑस्ट्रेलिया में राष्ट्र के लिए अपनी पहली नैट्रियम-आयन बैटरी स्थापित की [60]


तियामत

TIAMAT वैज्ञानिक अनुसंधान राष्ट्रीय केंद्र अल्टरनेटिव एनर्जी एंड एटॉमिक एनर्जी कमीशन और रिसर्च एंड टेक्नोलॉजिकल डेवलपमेंट के लिए एक फ्रेमवर्क प्रोग्राम #Horizon 2020 EU-प्रोजेक्ट जिसे NAIADES कहा जाता है।[61] इसकी तकनीक बैटरी आकार की सूची # लिथियम-आयन बैटरी (रिचार्जेबल) | 18650-प्रारूप बेलनाकार सेल के विकास पर केंद्रित है जो पॉलीएनियोनिक पदार्थ पर आधारित है। इसने 100 Wh/kg से 120 Wh/kg के बीच ऊर्जा घनत्व हासिल किया। प्रौद्योगिकी तेजी से चार्ज और डिस्चार्ज बाजारों में अनुप्रयोगों को लक्षित करती है। पावर डेंसिटी 2 और 5 kW/kg के बीच है, जिससे 5 मिनट चार्ज करने का समय मिलता है। लाइफटाइम क्षमता के 80% तक 5000+ चक्र है।[62][63][64][65]


HiNA बैटरी टेक्नोलॉजी कंपनी

HiNa Battery Technology Co., Ltd, चीनी विज्ञान अकादमी (CAS) से एक स्पिन-ऑफ है। यह सीएएस में भौतिकी संस्थान में प्रोफेसर हू योंग-शेंग के समूह द्वारा किए गए शोध का लाभ उठाता है। HiNa की बैटरियां Na-Fe-Mn-Cu आधारित ऑक्साइड कैथोड और एन्थ्रेसाइट-आधारित कार्बन एनोड पर आधारित हैं। 2023 में, HiNa ने इलेक्ट्रिक कार, Sehol E10X में सोडियम-आयन बैटरी लगाने वाली पहली कंपनी के रूप में JAC के साथ भागीदारी की। HiNa ने तीन सोडियम-आयन उत्पादों, NaCR32140-ME12 बेलनाकार सेल, NaCP50160118-ME80 वर्ग सेल और NaCP73174207-ME240 वर्ग सेल का भी खुलासा किया, जिसमें क्रमशः 140 Wh/kg, 145 Wh/kg और 155 Wh/kg की गुरुत्वाकर्षण ऊर्जा घनत्व है। .[66] 2019 में, यह बताया गया कि HiNa ने पूर्वी चीन में 100 kWh सोडियम-आयन बैटरी पावर बैंक स्थापित किया।[67]


नैट्रॉन एनर्जी

नैट्रॉन एनर्जी, स्टैनफोर्ड विश्वविद्यालय से एक स्पिन-ऑफ, एक जलीय विद्युत् अपघट्य के साथ कैथोड और एनोड दोनों के लिए प्रशिया ब्लू एनालॉग्स का उपयोग करती है।[68]


अल्ट्रिस एबी

Altris AB, उप्साला विश्वविद्यालय में प्रो. क्रिस्टीना एडस्ट्रॉम के नेतृत्व वाले एंग्स्ट्रॉम एडवांस्ड बैटरी सेंटर का एक स्पिन-ऑफ है। कंपनी गैर-जलीय सोडियम-आयन बैटरी में सकारात्मक इलेक्ट्रोड के लिए एक मालिकाना लौह-आधारित प्रशिया ब्लू एनालॉग प्रदान करती है जो हार्ड कार्बन को एनोड के रूप में उपयोग करती है।[69]


सीएटीएल

चीनी बैटरी निर्माता CATL ने 2021 में घोषणा की कि वह 2023 तक सोडियम-आयन आधारित बैटरी बाजार में लाएगी।[70] यह सकारात्मक इलेक्ट्रोड के लिए प्रशिया ब्लू एनालॉग और नकारात्मक इलेक्ट्रोड के लिए झरझरा कार्बन का उपयोग करता है। उन्होंने अपनी पहली पीढ़ी की बैटरी में 160 Wh/kg के विशिष्ट ऊर्जा घनत्व का दावा किया।[43]कंपनी ने एक हाइब्रिड बैटरी पैक बनाने की योजना बनाई जिसमें सोडियम-आयन और लिथियम-आयन सेल दोनों सम्मलित हैं।[71]


पुनर्भरण ऊर्जा[72]

Rechargion Energy Private Limited एक डीप-टेक स्टार्ट-अप है और CSIR नेशनल केमिकल लेबोरेटरी (NCL), पुणे, भारत से आधिकारिक स्पिन ऑफ है।[73] Rechargion जीरो-वोल्टेज स्टोरेज, तेज चार्जिंग, व्यापक तापमान रेंज और बेहतर थर्मल स्थिरता के साथ-साथ बेहतर स्टोरेज क्षमता, बेहतर चक्रीयता और कम संभावित लागत के साथ Na-ion तकनीक विकसित कर रहा है।[74] यह भारी उद्योग मंत्रालय और भारत सरकार के विज्ञान और प्रौद्योगिकी मंत्रालय द्वारा वित्त पोषित है; यूएस-इंडिया साइंस एंड टेक्नोलॉजी एंडोमेंट फंड; संयुक्त राष्ट्र औद्योगिक विकास संगठन और सोशलअल्फा द्वारा भी। उन्होंने 2023 में पायलट स्तर तक सोडियम-आयन बैटरी प्रौद्योगिकी को बढ़ाने की घोषणा की है।[75]


यह भी देखें

टिप्पणियाँ

  1. ↑ The number of charge-discharge cycles a battery supports depends on multiple considerations, including depth of discharge, rate of discharge, rate of charge, and temperature. The values shown here reflect generally favorable conditions.
  2. ↑ See Lithium-ion battery safety.
  3. ↑ Temperature affects charging behavior, capacity, and battery lifetime, and affects each of these differently, at different temperature ranges for each. The values given here are general ranges for battery operation.


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बाहरी संबंध

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