การฟื้นตัวของแบตเตอรี่โซเดียมไอออนที่อุณหภูมิห้อง
เนื่องจากมีปริมาณโซเดียม (Na) ในปริมาณมากในเปลือกโลก และคุณสมบัติทางเคมีฟิสิกส์ของโซเดียมและลิเธียมที่คล้ายคลึงกัน การจัดเก็บพลังงานไฟฟ้าเคมีที่มีโซเดียมเป็นหลักถือเป็นคำมั่นสัญญาที่สำคัญสำหรับการจัดเก็บพลังงานขนาดใหญ่และการพัฒนาโครงข่ายไฟฟ้า ตัวอย่างเช่น เซลล์กิจกรรมการวิจัยแบตเตอรี่ที่มีการปล่อยก๊าซเป็นศูนย์อุณหภูมิสูงซึ่งใช้ระบบ Na/NiCl2 และเซลล์ Na-S ที่มีอุณหภูมิสูง ซึ่งเป็นกรณีการใช้งานเชิงพาณิชย์ที่ประสบความสำเร็จในการใช้งานแบบอยู่กับที่และแบบเคลื่อนที่ ได้แสดงให้เห็นศักยภาพของแบตเตอรี่แบบชาร์จไฟได้ที่ใช้โซเดียมแล้ว อย่างไรก็ตาม อุณหภูมิการทำงานที่สูงประมาณ 300 °C ทำให้เกิดปัญหาด้านความปลอดภัย และลดประสิทธิภาพการไปกลับของแบตเตอรี่โซเดียมไอออน (SIB) SIB ที่อุณหภูมิห้อง (RT) จึงได้รับการยอมรับอย่างกว้างขวางว่าเป็นเทคโนโลยีทางเลือกที่มีแนวโน้มมากที่สุดสำหรับ LIB
ตลอดประวัติศาสตร์ของแบตเตอรี่ในช่วง 200 ปีที่ผ่านมา การวิจัยเกี่ยวกับ SIB ได้รับการดำเนินการอย่างกระตือรือร้นควบคู่ไปกับการพัฒนา LIB กิจกรรมเคมีไฟฟ้าของ TiS2 สำหรับลิเธียมและความเป็นไปได้ในการกักเก็บพลังงานถูกหยิบยกขึ้นมาครั้งแรกในทศวรรษปี 1970 หลังจากการค้นพบนี้ ความสามารถของ Na ไอออนที่จะแทรกเข้าไปใน TiS+2 ได้เกิดขึ้นจริงในช่วงต้นทศวรรษ 1980 ด้วยการค้นพบกราไฟท์ในฐานะวัสดุแอโนดที่มีต้นทุนต่ำและมีความจุปานกลางสำหรับ LIB และความล้มเหลวในการแทรกแซงโซเดียมไอออน การพัฒนา LIB อย่างรวดเร็วจึงเกิดขึ้นในช่วงทศวรรษปี 1990 โดยเข้ามาแทนที่การเติบโตของเคมีโซเดียม จากนั้นในปี พ.ศ. 2543 ความพร้อมใช้งานสำหรับการจัดเก็บโซเดียมในคาร์บอนแข็ง (HC) ซึ่งจะให้ความจุพลังงานใกล้เคียงกับของ Li ในกราไฟท์ ทำให้ความสนใจในการวิจัยใน SIB กลับมามีชีวิตชีวาอีกครั้ง
การเปรียบเทียบแบตเตอรี่โซเดียมไอออนและแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน
การฟื้นตัวของ SIB ควบคู่ไปกับแรงกดดันที่เพิ่มมากขึ้นจากการขาดแคลนปริมาณสำรองลิเธียมและการเพิ่มขึ้นของต้นทุนที่สอดคล้องกัน ทำให้เกิดกลยุทธ์เสริมแก่ LIB SIB ได้รับความสนใจด้านการวิจัยเพิ่มขึ้น รวมกับความสำเร็จขั้นพื้นฐานในด้านวัสดุศาสตร์ ในการขับเคลื่อนเพื่อตอบสนองความต้องการเทคโนโลยีพลังงานหมุนเวียนที่เพิ่มขึ้น ส่วนประกอบของเซลล์และกลไกปฏิกิริยาเคมีไฟฟ้าของ SIB โดยพื้นฐานแล้วจะเหมือนกับส่วนประกอบของ LIB ยกเว้นตัวพาประจุซึ่งมี Na ในชิ้นหนึ่งและ Li ในอีกด้านหนึ่ง สาเหตุหลักที่ทำให้เคมีของวัสดุ SIB มีการขยายตัวอย่างรวดเร็วนั้นเนื่องมาจากความคล้ายคลึงกันในคุณสมบัติเคมีกายภาพระหว่างโลหะอัลคาไลทั้งสอง
ประการแรก หลักการปฏิบัติงานและการสร้างเซลล์ของ SIB นั้นคล้ายคลึงกับหลักการของ LIB เชิงพาณิชย์ แม้ว่า Na จะทำหน้าที่เป็นผู้ให้บริการชาร์จก็ตาม ส่วนประกอบหลักสี่ประการมีอยู่ใน SIB ทั่วไป: วัสดุแคโทด (โดยปกติจะเป็นสารประกอบที่ประกอบด้วย Na) วัสดุแอโนด (ไม่จำเป็นต้องมี Na) อิเล็กโทรไลต์ (ในสถานะของเหลวหรือของแข็ง); และตัวคั่น ในระหว่างกระบวนการประจุ ไอออนโซเดียมจะถูกแยกออกจากแคโทด ซึ่งโดยทั่วไปจะเป็นชั้นของโลหะออกไซด์และสารประกอบโพลิแอนไอออน จากนั้นจึงใส่เข้าไปในขั้วบวก ในขณะที่กระแสไฟฟ้าเดินทางผ่านวงจรภายนอกในทิศทางตรงกันข้าม เมื่อคายประจุ Na จะออกจากขั้วบวกและกลับเข้าไปในแคโทดในกระบวนการที่เรียกว่า "หลักการของเก้าอี้โยก" ความคล้ายคลึงกันเหล่านี้ช่วยให้เกิดความเข้าใจเบื้องต้นและการเติบโตอย่างรวดเร็วในเทคโนโลยี SIB
นอกจากนี้ รัศมีไอออนิกที่มากขึ้นของ Na ยังนำมาซึ่งข้อได้เปรียบในตัวเอง นั่นคือ ความยืดหยุ่นที่เพิ่มขึ้นของค่าบวกทางเคมีไฟฟ้า และพลังงานการแยกสารละลายในตัวทำละลายที่มีขั้วลดลง ช่องว่างที่มากขึ้นในรัศมีไอออนิกระหว่าง Li และไอออนของโลหะทรานซิชันมักจะนำไปสู่ความล้มเหลวของความยืดหยุ่นในการออกแบบวัสดุ ในทางตรงกันข้าม ระบบที่ใช้โซเดียมช่วยให้โครงสร้างของแข็งมีความยืดหยุ่นมากกว่าระบบที่ใช้ลิเธียม และมีค่าการนำไฟฟ้าไอออนิกมหาศาล ตัวอย่างทั่วไปคือ β-Al2O3 ซึ่ง Na intercalation มีขนาดที่สมบูรณ์แบบและมีค่าการนำไฟฟ้าสูง โลหะทรานซิชันออกไซด์ที่มีชั้นมากขึ้นซึ่งมีรูปแบบการเรียงซ้อน M+x+ ที่แตกต่างกันสามารถรับรู้ได้อย่างง่ายดายในระบบที่ใช้โซเดียม ในทำนองเดียวกัน โครงสร้างผลึกที่หลากหลายซึ่งเป็นที่รู้จักในตระกูลตัวนำโซเดียมไอออนิก (NaSICON) นั้นมีความซับซ้อนมากกว่าโครงสร้างของลิเธียมแอนะล็อกมาก ที่สำคัญกว่านั้น สามารถยอมให้มีค่าการนำไฟฟ้าไอออนิกสูงขึ้นมากในสารประกอบ NaSICON ซึ่งเกินกว่าค่าการนำไฟฟ้าไอออนิกในสารประกอบตัวนำลิเธียมไอออนิก (LiSICON) อย่างมาก
สุดท้ายแต่ไม่ท้ายสุด การตรวจสอบอย่างเป็นระบบด้วยตัวทำละลายที่มีขั้ว aprotic ที่แตกต่างกันได้แสดงให้เห็นว่ารัศมีไอออนิกที่มากขึ้นของ Na ทำให้เกิดพลังงานการละลายที่ลดลง Li ที่เล็กกว่าจะมีความหนาแน่นประจุที่พื้นผิวรอบแกนกลางสูงกว่า Na เมื่อทั้งสองมีความจุเท่ากัน ดังนั้น Li จึงมีความเสถียรทางอุณหพลศาสตร์โดยการแบ่งปันอิเล็กตรอนมากขึ้นกับโมเลกุลตัวทำละลายที่มีขั้ว นั่นคือ Li สามารถจำแนกได้ว่าเป็นกรดลูอิสชนิดหนึ่ง ด้วยเหตุนี้ Li ที่มีโพลาไรซ์สูงจึงจำเป็นต้องใช้พลังงานการแยกตัวค่อนข้างสูง ซึ่งนำไปสู่การต้านทานการถ่ายโอนที่ค่อนข้างสูงซึ่งเกิดจากการลำเลียง Li จากสถานะของเหลว (อิเล็กโทรไลต์) ไปยังสถานะของแข็ง (อิเล็กโทรด) เนื่องจากพลังงานคายละลายมีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับจลนศาสตร์การถ่ายโอนที่เกิดขึ้นที่ส่วนต่อประสานของของเหลว/ของแข็ง พลังงานคายละลายที่ค่อนข้างต่ำจึงเป็นข้อได้เปรียบที่สำคัญสำหรับการออกแบบ SIB กำลังสูง
