セルケミストリーレース：リチウムvsナトリウムシステム
| Jerry Huang
室温のリチウム硫黄（Li / S 8 ）およびリチウム酸素（Li / O 2 ）電池に関する研究は、過去10年間で大幅に増加しています。このようなセルシステムを開発する競争は、主に非常に高い理論的エネルギー密度と硫黄と酸素の豊富さによって動機付けられています。しかし、セルの化学的性質は複雑であり、実用的なデバイス開発に向けた進歩は、現在多くのアプローチによって取り組まれているいくつかの基本的な重要な問題によって妨げられたままです。
非常に驚くべきことに、多くの類似したナトリウム系電池システムについて、既に商用化、高温のNa / S 8もののおよびNa /のNiCl 2つの電池知られていないナトリウムに基づいて二次電池は、大規模に実現可能であることを示唆しています。さらに、ナトリウムの天然存在比は、低コストのコンポーネントに基づくバッテリーの開発にとって魅力的な利点です。
このレビューは、リチウム硫黄およびリチウム酸素電池に関する最新の知識の要約と、類似のナトリウムシステムとの直接比較を提供します。一般的な特性、主な利点と課題、パフォーマンスを改善するための最近の戦略、およびさらなる開発のための一般的なガイドラインが要約され、批判的に議論されています。一般に、ナトリウムの代わりにリチウムを使用すると、セル反応の全体的な特性に大きな影響があり、イオン輸送、相安定性、電極電位、エネルギー密度などの違いが予想されます。
これらの違いは、より多くの可逆セルの化学的性質の利益になるかどうかは、まだ未解決の問題であるが、室温のNa / S 8の最初の報告書の一部とのNa / O 2個の細胞は、すでに確立されたリチウム/ S 8と比較して、いくつかのエキサイティングな違いを示し、 Li / O 2つのシステム。
充電式リチウムイオン電池（LIB）は、1990年代初頭に商業化されて以来、すべてのモバイルアプリケーションにとって急速に最も重要なエネルギー貯蔵形態になりました。これは主に、金属水素化物や鉛蓄電池などの他の充電式バッテリーシステムを簡単に超える比類のないエネルギー密度によるものです。しかし、電力をさらに安全に、よりコンパクトに、より手頃な価格で貯蔵するという継続的なニーズには、継続的な研究開発が必要です。
安価な定置型エネルギー貯蔵の必要性は追加の課題になり、代替バッテリーの研究も引き起こしています。主な取り組みは、たとえば、より効率的なパッケージング、処理、より優れた電解質、最適化された電極材料による、さまざまなリチウムイオン技術の継続的な改善に向けられています。過去数年間で電力密度に関して大きな進歩が達成されましたが、エネルギー密度の増加（体積および重量分析）は比較的小さかった。エネルギー密度に関するさまざまなバッテリー技術の比較を図1に示します。
図1：さまざまな充電式バッテリーの理論的および（推定）実際のエネルギー密度：Pb-酸-鉛酸、NiMH-ニッケル金属水素化物、Na-イオン-わずかに低いセル電圧、Li-を想定したLi-イオンのデータから得られた推定値イオン-リチウム、リチウム-硫黄放電生成物としてのLi 2 SとのNa 2 Sを想定ナトリウム-硫黄電池- HT-NA / S 8、異なるタイプの平均-高温ナトリウム-硫黄電池、リチウム/ S 8およびNa / S 8 / O 2およびNa / O 2 -リチウム酸素電池（理論値は、酸素の量を含むと仮定放電生成物、すなわち、酸化物、過酸化物または超酸化物の化学量論に依存します）。実際のエネルギー密度の値は、バッテリーの設計（サイズ、高電力、高エネルギー、単一セルまたはバッテリー）および開発の状態によって大きく異なる可能性があることに注意してください。実際のエネルギー密度のすべての値は、セルレベルを参照しています（Pb-酸、12 Vを除く）。 Li / S 8及びLi / Oの値は、2次電池は、（本文内に引用された）は、文献から採取し、NA / S 8およびNa / O 2つのセルについてのエネルギー密度を推定するために使用されます。上記の技術の、唯一鉛酸、ニッケル水素、リチウムイオン、高温のNa / S 8の技術は、現在までに実用化されています。
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