Athbheochan cadhnraí sóidiam-ian ag teocht an tseomra
Mar gheall ar na cúlchistí flúirseach sóidiam (Na) i screamh an Domhain agus na hairíonna fisiciceimiceacha comhchosúla atá ag sóidiam agus litiam, tá gealltanas suntasach ag stóráil fuinnimh leictriceimiceach bunaithe ar sóidiam maidir le stóráil fuinnimh ar scála mór agus forbairt eangaí. Mar shampla, léirigh cealla gníomhaíochta ardteochta náid astaithe taighde ceallraí bunaithe ar chórais Na/NiCl2 agus cealla ardteochta Na-S, ar cásanna rathúla tráchtála iad d’fheidhmchláir stáiseanóireachta agus shoghluaiste, go bhfuil cumas cadhnraí in-athluchtaithe bunaithe ar sóidiam. Mar sin féin, tá a dteocht oibriúcháin ard timpeall 300 °C ina chúis le saincheisteanna slándála agus laghdaítear éifeachtúlacht turas cruinn na gcadhnraí sóidiam-ian (SIBanna). Mar sin, meastar go forleathan gurb iad SIBanna teocht an tseomra (RT) an teicneolaíocht mhalartach is bisiúla seachas na LIBanna.
Le stair na gcadhnraí le 200 bliain anuas, rinneadh taighde ar SIBanna go dian taobh le taobh le forbairt LIB. Cuireadh gníomhaíocht leictriceimiceach TiS2 le haghaidh litiam agus a indéantacht maidir le stóráil fuinnimh ar aghaidh ar dtús sna 1970í. Tar éis na fionnachtana seo, baineadh amach go luath sna 1980idí cumas na n-ian a chur isteach i TIS+2. Nuair a aimsíodh graifít mar ábhar anóid ísealchostais agus measartha-acmhainne do LIBanna agus an teip ar iain sóidiam a idirghaolú, tharla forbairt tapa LIB sna 1990í, ag cur in ionad an fháis sa cheimic sóidiam. Ansin, in 2000, d'athnuaigh infhaighteacht stórála sóidiam i gcarbón crua (HC), rud a chuirfeadh acmhainn fuinnimh cosúil le cumas Li i ngraifít, le spéis taighde i SIBanna.
Comparáid idir ceallraí Sóidiam-ian agus ceallraí litiam-ian
Soláthraíonn athbheochan SIBanna - mar aon leis an mbrú atá ag méadú i gcónaí ó easpa infhaighteachta cúlchistí litiam agus an t-ardú comhfhreagrach i gcostas - straitéis chomhlántach do na LIBanna. Tá aird mhéadaitheach taighde faighte ag SIBanna, mar aon le héachtaí bunúsacha in eolaíocht na n-ábhar, san iarracht chun dul i bhfód méadaitheach na dteicneolaíochtaí fuinnimh in-athnuaite a shásamh. Tá comhpháirteanna cille agus meicníochtaí imoibrithe leictriceimiceacha SIB go bunúsach comhionann le comhpháirteanna LIBs, ach amháin an t-iompróir muirear, atá Na i gceann amháin agus Li sa cheann eile. Is í an phríomhchúis atá leis an méadú tapa ar cheimic ábhair SIB ná na comhthreomhar in airíonna fisiciceimiceacha idir an dá mhiotal alcaile.
Ar an gcéad dul síos, tá prionsabail oibriúcháin agus tógáil ceall SIBanna cosúil le prionsabail oibríochta na LIBanna tráchtála, cé go bhfuil Na ag feidhmiú mar an t-iompróir muirear. Tá ceithre phríomh-chomhpháirt i SIB tipiciúil: ábhar catóide (comhdhúil ina bhfuil Na de ghnáth); ábhar anóid (ní gá go bhfuil Na ann); leictrilít (i stát leachtach nó soladach); agus deighilteoir. Le linn an phróisis luchtaithe, baintear iain sóidiam as na catóidí, arb iad ocsaídí miotail cisealta de ghnáth agus comhdhúile polyanionic iad, agus ansin cuirtear isteach iad sna anóidí, agus téann an sruth trí chiorcad seachtrach sa treo eile. Nuair a bhíonn sé ag scaoileadh, fágann Na na anóidí agus filleann sé isteach sna catóidí i bpróiseas dá ngairtear “prionsabal na cathaoireach rocach”. Chuir na cosúlachtaí seo ar ár gcumas réamhthuiscint agus fás tapa a dhéanamh ar theicneolaíocht SIB.
Ina theannta sin, tugann an ga ianach níos mó de Na a chuid buntáistí féin: solúbthacht mhéadaithe deimhneacht leictriceimiceach agus laghdaigh fuinneamh dí-tuaslagtha i dtuaslagóirí polacha. De ghnáth bíonn teip ar sholúbthacht dearadh an ábhair mar thoradh ar an mbearna níos mó sa gha ianach idir Li agus na hiain aistrithe miotail. I gcodarsnacht leis sin, cuireann córas sóidiam-bhunaithe ar chumas struchtúir soladacha níos solúbtha ná córas litiam-bhunaithe, agus tá seoltacht ianach ollmhór aige. Is sampla tipiciúil é β-Al2O3, a bhfuil an méid foirfe agus seoltacht ard ag Na intercalation. Is féidir ocsaídí miotail trasdula níos cisealta le modhanna cruachta M+x+ éagsúla a bhaint amach go héasca i gcóras sóidiam-bhunaithe. Ar an gcaoi chéanna, tá an raon leathan struchtúr criostail atá ar eolas mar gheall ar theaghlach seoltóir ianach sóidiam (NaSICON) i bhfad níos casta ná analógacha litiam. Níos tábhachtaí fós, is féidir seoltacht ianach i bhfad níos airde a cheadú i gcomhdhúile NaSICON, a sháraíonn i bhfad an seoltacht ianach i gcomhdhúile seoltóra ianach litiam (LiSICON).
Ar deireadh, ach ní ar a laghad, léirigh imscrúduithe córasacha le tuaslagóirí polacha aprotacha éagsúla go bhfuil an ga ianach níos mó de Na ina chúis le fuinneamh díscaoilte níos laige. Tá dlús muirear dromchla níos airde ag an Li níos lú timpeall an chroílár ná Na nuair a bhíonn an valence céanna ag an dá cheann. Dá bhrí sin déantar Li a chobhsú go teirmidinimiciúil trí níos mó leictreon a roinnt leis na móilíní tuaslagóirí polacha. Is é sin, is féidir Li a rangú mar chineál aigéad Lewis. Mar thoradh air sin, tá gá le fuinneamh díscaoilte sách ard don Li ard-pholaraithe, rud a fhágann go bhfuil friotaíocht aistrithe sách mór á tharlú ag iompar Li ón stát leachtach (leictrilít) go dtí an staid sholadach (leictreoid). Ós rud é go bhfuil dlúthbhaint ag an bhfuinneamh díscaoilte leis na cinéitic aistrithe a tharlaíonn ag an gcomhéadan leachtach/soladach, is buntáiste suntasach é an fuinneamh díscaoilte sách íseal chun SIBanna ardchumhachta a dhearadh.