గది-ఉష్ణోగ్రత సోడియం-అయాన్ బ్యాటరీల పునరుద్ధరణ
భూమి యొక్క క్రస్ట్‌లో పుష్కలంగా ఉన్న సోడియం (Na) నిల్వలు మరియు సోడియం మరియు లిథియం యొక్క భౌతిక రసాయన లక్షణాల కారణంగా, సోడియం-ఆధారిత ఎలక్ట్రోకెమికల్ ఎనర్జీ స్టోరేజ్ పెద్ద-స్థాయి శక్తి నిల్వ మరియు గ్రిడ్ అభివృద్ధికి గణనీయమైన వాగ్దానాన్ని కలిగి ఉంది. ఉదాహరణకు, Na/NiCl2 వ్యవస్థలు మరియు అధిక-ఉష్ణోగ్రత Na-S సెల్‌లపై ఆధారపడిన అధిక-ఉష్ణోగ్రత సున్నా ఉద్గార బ్యాటరీ పరిశోధన కార్యకలాపాల సెల్‌లు, స్థిరమైన మరియు మొబైల్ అప్లికేషన్‌ల యొక్క విజయవంతమైన వాణిజ్య కేసులు, ఇవి సోడియం-ఆధారిత పునర్వినియోగపరచదగిన బ్యాటరీల సామర్థ్యాన్ని ఇప్పటికే ప్రదర్శించాయి. అయినప్పటికీ, వాటి అధిక ఆపరేటింగ్ ఉష్ణోగ్రత 300 °C భద్రతా సమస్యలను కలిగిస్తుంది మరియు సోడియం-అయాన్ బ్యాటరీల (SIBలు) రౌండ్-ట్రిప్ సామర్థ్యాన్ని తగ్గిస్తుంది. గది-ఉష్ణోగ్రత (RT) SIBలు LIBలకు అత్యంత ఆశాజనకమైన ప్రత్యామ్నాయ సాంకేతికతగా విస్తృతంగా పరిగణించబడుతున్నాయి.
గత 200 సంవత్సరాలలో బ్యాటరీల చరిత్రలో, SIBలపై పరిశోధన LIB అభివృద్ధితో పక్కపక్కనే జరిగింది. లిథియం కోసం TiS2 యొక్క ఎలెక్ట్రోకెమికల్ చర్య మరియు శక్తి నిల్వ కోసం దాని సాధ్యాసాధ్యాలు 1970లలో మొదటిసారిగా ముందుకు వచ్చాయి. ఈ ఆవిష్కరణను అనుసరించి, TiS+2లో Na అయాన్‌లను చొప్పించగల సామర్థ్యం 1980ల ప్రారంభంలో గ్రహించబడింది. LIBల కోసం తక్కువ-ధర మరియు మధ్యస్థ-సామర్థ్యం కలిగిన యానోడ్ మెటీరియల్‌గా గ్రాఫైట్‌ను కనుగొనడం మరియు సోడియం అయాన్‌లను ఇంటర్‌కలేట్ చేయడంలో వైఫల్యంతో, 1990లలో వేగంగా LIB అభివృద్ధి జరిగింది, సోడియం కెమిస్ట్రీలో వృద్ధిని అధిగమించింది. ఆ తర్వాత, 2000లో, గ్రాఫైట్‌లోని Li వంటి శక్తి సామర్థ్యాన్ని అందించే హార్డ్ కార్బన్ (HC)లో సోడియం నిల్వ అందుబాటులో ఉండటం, SIBలపై పరిశోధన ఆసక్తిని పునరుద్ధరించింది.
సోడియం-అయాన్ బ్యాటరీ మరియు లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీల పోలిక
SIBల పునరుద్ధరణ-లిథియం నిల్వల లభ్యత లేకపోవడం మరియు ధరలో సంబంధిత పెరుగుదల కారణంగా ఎప్పటికప్పుడు పెరుగుతున్న ఒత్తిడి-LIB లకు పరిపూరకరమైన వ్యూహాన్ని అందిస్తుంది. SIBలు పునరుత్పాదక ఇంధన సాంకేతికతల పెరుగుతున్న వ్యాప్తిని సంతృప్తి పరచడానికి మెటీరియల్ సైన్స్‌లో ప్రాథమిక విజయాలతో కలిపి పరిశోధనా దృష్టిని పెంచుతున్నాయి. SIBల యొక్క సెల్ భాగాలు మరియు ఎలెక్ట్రోకెమికల్ రియాక్షన్ మెకానిజమ్‌లు ప్రాథమికంగా LIBల మాదిరిగానే ఉంటాయి, చార్జ్ క్యారియర్ మినహా ఒకదానిలో Na మరియు మరొకదానిలో Li ఉంటుంది. SIB మెటీరియల్స్ కెమిస్ట్రీలో వేగవంతమైన విస్తరణకు ప్రధాన కారణం రెండు క్షార లోహాల మధ్య భౌతిక రసాయన లక్షణాలలో ఉన్న సమాంతరాలు.
ముందుగా, SIBల యొక్క ఆపరేటింగ్ సూత్రాలు మరియు సెల్ నిర్మాణం వాణిజ్య LIBల మాదిరిగానే ఉంటాయి, అయినప్పటికీ Na ఛార్జ్ క్యారియర్‌గా పనిచేస్తుంది. సాధారణ SIBలో నాలుగు ప్రధాన భాగాలు ఉన్నాయి: కాథోడ్ పదార్థం (సాధారణంగా Na-కలిగిన సమ్మేళనం); యానోడ్ పదార్థం (తప్పనిసరిగా Na కలిగి ఉండదు); ఒక ఎలక్ట్రోలైట్ (ద్రవ లేదా ఘన స్థితిలో); మరియు ఒక సెపరేటర్. ఛార్జ్ ప్రక్రియలో, సోడియం అయాన్లు కాథోడ్‌ల నుండి సంగ్రహించబడతాయి, ఇవి సాధారణంగా లేయర్డ్ మెటల్ ఆక్సైడ్‌లు మరియు పాలియానియోనిక్ సమ్మేళనాలు, ఆపై యానోడ్‌లలోకి చొప్పించబడతాయి, అయితే కరెంట్ వ్యతిరేక దిశలో బాహ్య సర్క్యూట్ ద్వారా ప్రయాణిస్తుంది. డిశ్చార్జ్ చేస్తున్నప్పుడు, Na యానోడ్‌లను విడిచిపెట్టి, "రాకింగ్-చైర్ సూత్రం"గా సూచించబడే ప్రక్రియలో క్యాథోడ్‌లలోకి తిరిగి వస్తుంది. ఈ సారూప్యతలు SIB సాంకేతికతపై ప్రాథమిక అవగాహన మరియు వేగవంతమైన వృద్ధిని ఎనేబుల్ చేశాయి.
అంతేకాకుండా, Na యొక్క పెద్ద అయానిక్ వ్యాసార్థం దాని స్వంత ప్రయోజనాలను తెస్తుంది: ఎలక్ట్రోకెమికల్ పాజిటివిటీ యొక్క పెరిగిన వశ్యత మరియు ధ్రువ ద్రావకాలలో డి-సాల్వేషన్ శక్తి తగ్గింది. Li మరియు పరివర్తన లోహ అయాన్ల మధ్య అయానిక్ వ్యాసార్థంలో ఎక్కువ గ్యాప్ సాధారణంగా మెటీరియల్ డిజైన్ యొక్క వశ్యత యొక్క వైఫల్యానికి దారితీస్తుంది. దీనికి విరుద్ధంగా, సోడియం-ఆధారిత వ్యవస్థ లిథియం-ఆధారిత వ్యవస్థ కంటే మరింత సౌకర్యవంతమైన ఘన నిర్మాణాలను అనుమతిస్తుంది మరియు అపారమైన అయానిక్ వాహకతను కలిగి ఉంటుంది. ఒక విలక్షణ ఉదాహరణ β-Al2O3, దీని కోసం Na ఇంటర్కలేషన్ ఖచ్చితమైన పరిమాణం మరియు అధిక వాహకతను కలిగి ఉంటుంది. విభిన్న M+x+ స్టాకింగ్ మర్యాదలతో మరింత లేయర్డ్ ట్రాన్సిషన్ మెటల్ ఆక్సైడ్‌లను సోడియం-ఆధారిత వ్యవస్థలో సులభంగా గ్రహించవచ్చు. అదేవిధంగా, సోడియం అయానిక్ కండక్టర్ (NaSICON) కుటుంబానికి ప్రసిద్ధి చెందిన అనేక రకాల క్రిస్టల్ నిర్మాణాలు లిథియం అనలాగ్‌ల కంటే చాలా క్లిష్టంగా ఉంటాయి. మరీ ముఖ్యంగా, నాసికాన్ సమ్మేళనాలలో చాలా ఎక్కువ అయానిక్ వాహకత అనుమతించబడుతుంది, ఇది లిథియం అయానిక్ కండక్టర్ (లిసికాన్) సమ్మేళనాలలోని అయానిక్ వాహకతను మించిపోయింది.
చివరిది కానీ, వివిధ అప్రోటిక్ ధ్రువ ద్రావకాలతో క్రమబద్ధమైన పరిశోధనలు Na యొక్క పెద్ద అయానిక్ వ్యాసార్థం బలహీనమైన నిర్మూలన శక్తిని కలిగిస్తుందని నిరూపించాయి. చిన్న Li రెండూ ఒకే విలువను కలిగి ఉన్నప్పుడు Na కంటే కోర్ చుట్టూ ఎక్కువ ఉపరితల ఛార్జ్ సాంద్రతను కలిగి ఉంటాయి. అందువల్ల ధృవ ద్రావణి అణువులతో ఎక్కువ ఎలక్ట్రాన్‌లను పంచుకోవడం ద్వారా Li థర్మోడైనమిక్‌గా స్థిరీకరించబడుతుంది. అంటే, లిని ఒక రకమైన లూయిస్ యాసిడ్‌గా వర్గీకరించవచ్చు. ఫలితంగా, అధిక ధ్రువణ Li కోసం సాపేక్షంగా అధిక డీసోల్వేషన్ శక్తి అవసరమవుతుంది, ఇది ద్రవ స్థితి (ఎలక్ట్రోలైట్) నుండి ఘన స్థితికి (ఎలక్ట్రోడ్)కి రవాణా చేయడం ద్వారా సాపేక్షంగా పెద్ద బదిలీ నిరోధకతను ప్రేరేపించడానికి దారితీస్తుంది. ద్రవ/ఘన ఇంటర్‌ఫేస్‌లో సంభవించే బదిలీ గతిశాస్త్రానికి డీసోల్వేషన్ శక్తి దగ్గరి సంబంధం ఉన్నందున, అధిక-శక్తి SIBలను రూపొందించడానికి సాపేక్షంగా తక్కువ డీసోల్వేషన్ శక్తి ఒక ముఖ్యమైన ప్రయోజనం.
