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钠离子电池基于物理的建模部分。模型和验证
钠离子电池（SIBS）最近被宣布为领先的“锂后”能量存储技术。这是因为SIBS与锂离子电池共享相似的性能指标，而钠则是10 0 0 0 0 0倍的含量。为了了解SIBS的电化学特征并改善了当今的设计，基于物理的模型是必要的。在此，第一次引入了基于物理学的伪两维（P2D）模型。P2D SIB模型分别基于N A 3 V 2（P O 4）2 F 3（NVPF）和硬碳（HC）作为正和负电极。NVPF和HC电极中的电荷转移通过浓度依赖性扩散系数和动力学速率常数描述。模型的参数化基于实验数据和遗传算法优化。表明该模型在预测全细胞HC // NVPF SIBS的排放纤维方面非常准确。此外，可以从施加电流处的模型获得内部电池状态，例如单个电极电池和浓度。在本文中均未阐明电极和电解质的几个关键挑战，并突出显示了提高SIB性能的有用设计注意事项。©2021作者。由Elsevier Ltd.这是CC下的开放式访问文章（http://creativecommons.org/licenses/4.0/）
钠离子电池正极材料类型
在高电荷状态下缺乏结构稳定性，需要较低的放电截止电压才能获得足够的容量。[5] 相比之下，多聚阴离子化合物通常具有三维稳健框架，与层状氧化物相比，可提供更好的循环稳定性和更平坦的电压曲线。此外，由于多聚阴离子基团（如（PO 4 ） 3 − 、（P 2 O 7 ） 4 − 和（SO 4 ） 2 − ）的诱导效应，可以获得更高的工作电压，[6] 使这些化合物成为稳定、高能量密度钠离子电池正极材料的有趣候选者。研究最多的多聚阴离子钠离子正极材料是含钒磷酸盐 Na 3 V 2 （PO 4 ） 3 （NVP）[7,8] 和氟磷酸盐 Na 3 V 2 （PO 4 ） 2 F 3 （NVPF）。 [9] NVPF 在 3.9 V 时的理论容量为 128 mAh g −1（每个分子式单位 2 个电子），比能达到 500 Wh kg −1。此外，可以通过用 O 取代 F 阴离子来调节 NVPF 的电化学性能，形成完全固溶体 Na 3 V 2 (PO 4 ) 2 F 3 − 2 y O 2 y（0 ≤ y ≤ 1）。[10] 例如，Bianchini 等人。表明，在低压端，可以将额外的Na插入Na3V2(PO4)2O2F中，放电时产生Na4V2(PO4)2O2F，这使得Na4V2(PO4)2O2F和NaV2(PO4)2O2F之间可以进行三电子循环。[11]然而，从NaV2(PO4)2F3到V2(PO4)2F3中提取第三个Na尚未被证明是可行的，因为Na提取电位很高（预计为≈4.9V），超出了有机钠离子电解质的稳定窗口。[12]为了降低这种高的Na提取电压，人们考虑使用阳离子替代；然而，只有少数金属阳离子（例如Al）可以取代NVPF结构中的V，其溶解度限制在0.2。[11,13]