Penghidupan semula bateri natrium-ion suhu bilik
Disebabkan oleh rizab natrium (Na) yang banyak dalam kerak bumi dan sifat fizikokimia natrium dan litium yang serupa, simpanan tenaga elektrokimia berasaskan natrium memegang janji penting untuk penyimpanan tenaga berskala besar dan pembangunan grid. Sebagai contoh, sel aktiviti penyelidikan bateri sifar pelepasan suhu tinggi berdasarkan sistem Na/NiCl2 dan sel Na–S suhu tinggi, yang merupakan kes komersil yang berjaya bagi aplikasi pegun dan mudah alih, telah pun menunjukkan potensi bateri boleh dicas semula berasaskan natrium. Walau bagaimanapun, suhu operasinya yang tinggi sekitar 300 °C menyebabkan isu keselamatan dan mengurangkan kecekapan pergi balik bateri natrium-ion (SIB). Oleh itu, SIB suhu bilik (RT) dianggap secara meluas sebagai teknologi alternatif yang paling menjanjikan kepada LIB.
Sepanjang sejarah bateri dalam tempoh 200 tahun yang lalu, penyelidikan mengenai SIB telah dijalankan secara bersungguh-sungguh bersebelahan dengan pembangunan LIB. Aktiviti elektrokimia TiS2 untuk litium dan kebolehlaksanaannya untuk penyimpanan tenaga pertama kali dikemukakan pada tahun 1970-an. Berikutan penemuan ini, keupayaan ion Na untuk dimasukkan ke dalam TiS+2 telah direalisasikan pada awal 1980-an. Dengan penemuan grafit sebagai bahan anod berkos rendah dan berkapasiti sederhana untuk LIB dan kegagalan untuk menginterkalasi ion natrium, pembangunan LIB yang pesat berlaku pada tahun 1990-an, menggantikan pertumbuhan dalam kimia natrium. Kemudian, pada tahun 2000, ketersediaan untuk penyimpanan natrium dalam karbon keras (HC), yang akan memberikan kapasiti tenaga yang serupa dengan Li dalam grafit, meremajakan minat penyelidikan dalam SIB.
Perbandingan bateri Natrium-ion dan bateri Litium-ion
Kebangkitan semula SIB—ditambah dengan tekanan yang semakin meningkat daripada kekurangan ketersediaan rizab litium dan peningkatan kos yang sepadan—menyediakan strategi pelengkap kepada LIB. SIB telah mendapat perhatian penyelidikan yang semakin meningkat, digabungkan dengan pencapaian asas dalam sains bahan, dalam usaha untuk memenuhi peningkatan penembusan teknologi tenaga boleh diperbaharui. Komponen sel dan mekanisme tindak balas elektrokimia SIB pada asasnya adalah sama dengan LIB, kecuali pembawa cas, iaitu Na dalam satu dan Li dalam satu lagi. Sebab utama pengembangan pesat dalam kimia bahan SIB adalah disebabkan oleh persamaan dalam sifat fizikokimia antara dua logam alkali.
Pertama, prinsip operasi dan pembinaan sel SIB adalah serupa dengan LIB komersial, walaupun dengan Na berfungsi sebagai pembawa caj. Empat komponen utama wujud dalam SIB biasa: bahan katod (biasanya sebatian yang mengandungi Na); bahan anod (tidak semestinya mengandungi Na); elektrolit (dalam keadaan cecair atau pepejal); dan pemisah. Semasa proses pengecasan, ion natrium diekstrak daripada katod, yang biasanya berlapis oksida logam dan sebatian polianionik, dan kemudian dimasukkan ke dalam anod, manakala arus bergerak melalui litar luaran dalam arah yang bertentangan. Apabila menyahcas, Na meninggalkan anod dan kembali ke dalam katod dalam proses yang disebut sebagai "prinsip kerusi goyang." Persamaan ini telah membolehkan pemahaman awal dan pertumbuhan pesat dalam teknologi SIB。
Selain itu, jejari ion Na yang lebih besar membawa kelebihannya sendiri: peningkatan fleksibiliti kepositifan elektrokimia dan tenaga penyahlarutan berkurangan dalam pelarut kutub. Jurang yang lebih besar dalam jejari ion antara Li dan ion logam peralihan biasanya membawa kepada kegagalan fleksibiliti reka bentuk bahan. Sebaliknya, sistem berasaskan natrium membolehkan struktur pepejal yang lebih fleksibel daripada sistem berasaskan litium, dan mempunyai kekonduksian ionik yang besar. Contoh biasa ialah β-Al2O3, yang mana interkalasi Na mempunyai saiz yang sempurna dan kekonduksian yang tinggi. Lebih banyak oksida logam peralihan berlapis dengan cara susun M+x+ yang berbeza boleh direalisasikan dengan mudah dalam sistem berasaskan natrium. Begitu juga, pelbagai jenis struktur kristal yang dikenali untuk keluarga konduktor natrium ionik (NaSICON) adalah lebih rumit daripada analog litium. Lebih penting lagi, kekonduksian ionik yang lebih tinggi boleh dibenarkan dalam sebatian NaSICON, yang jauh melebihi kekonduksian ionik dalam sebatian konduktor ionik litium (LiSICON).
Akhir sekali, penyiasatan sistematik dengan pelarut kutub aprotik yang berbeza telah menunjukkan bahawa jejari ionik Na yang lebih besar menyebabkan tenaga nyahlarut yang lebih lemah. Li yang lebih kecil mempunyai ketumpatan cas permukaan yang lebih tinggi di sekeliling teras daripada Na apabila kedua-duanya mempunyai valens yang sama. Oleh itu Li distabilkan secara termodinamik dengan berkongsi lebih banyak elektron dengan molekul pelarut polar. Iaitu, Li boleh dikelaskan sebagai sejenis asid Lewis. Akibatnya, tenaga penyahlarutan yang agak tinggi diperlukan untuk Li yang sangat terpolarisasi, yang membawa kepada rintangan pemindahan yang agak besar yang disebabkan oleh pengangkutan Li dari keadaan cecair (elektrolit) kepada keadaan pepejal (elektrod). Memandangkan tenaga penyahlarutan berkait rapat dengan kinetik pemindahan yang berlaku pada antara muka cecair/pepejal, tenaga penyahlarutan yang agak rendah merupakan kelebihan yang ketara untuk mereka bentuk SIB berkuasa tinggi.
