נתרן-יון תאי סוללה מורכב קתודה המבוססת על חומר המכיל נתרן, אנודה (לא בהכרח חומר מבוסס-נתרן) ונוזל אלקטרוליטי המכיל מלחי נתרן בתמיסה פרוטית קוטבית או תמיסה אפרוטית. במהלך הטעינה, יוני נתרן מופקים מהקתודה ומוכנסים לאנודה בזמן שהאלקטרונים נוסעים במעגל החיצוני; במהלך פריקה מתרחש התהליך ההפוך כאשר יוני הנתרן מופקים מהאנודה ומוכנסים שוב לקתודה כשהאלקטרונים נוסעים במעגל החיצוני.
חומרים.
מכיוון שהתכונות הפיזיות והאלקטרוכימיות של הנתרן שונות מאלו של ליתיום, החומרים המשמשים בדרך כלל לסוללות יון-ליתיום, או אפילו האנלוגים המכילים נתרן, לא תמיד מתאימים לסוללות נתרן-יון.
אנודות.
האנודה הדומיננטית המשמשת בסוללות יון-ליתיום מסחריות, גרפיט, אינה ניתנת לשימוש בסוללות יון-נתרן מכיוון שאינה יכולה לאחסן את יון הנתרן הגדול יותר בכמויות ניכרות. במקום זאת, חומר פחמן לא מסודר המורכב ממבנה פחמן לא גרפיטי, לא גבישי ואמורפי (המכונה "פחמן קשה") הוא האנודה המועדפת כיום על יון-נתרן. אחסון הנתרן של פחמן קשה התגלה בשנת 2000. הוכח שאנודה זו מספקת 300 mAh/g עם פרופיל פוטנציאלי משופע מעל 0.15V "vs" +Na/Na המהווה בערך חצי מהקיבולת ופרופיל פוטנציאלי שטוח (רמה פוטנציאלית) מתחת ⁓0.15V +"vs" Na/Na. ביצועי אחסון כאלה דומים לאלה שניתן לראות באחסון ליתיום באנודת גרפיט עבור סוללות ליתיום-יון שבהן קיבולת אופיינית של 300–360 mAh/g. תא היון-נתרן הראשון באמצעות פחמן קשה הוכח בשנת 2003 שהראה מתח ממוצע גבוה של 3.7 V במהלך פריקה.
בעוד שפחמן קשה הוא ללא ספק האנודה המועדפת ביותר בשל השילוב המצוין שלו של קיבולת גבוהה, פוטנציאל עבודה נמוך יותר ויציבות רכיבה טובה, היו עוד כמה התפתחויות בולטות באנודות בעלות ביצועים נמוכים יותר. התגלה כי גרפיט יכול לאחסן נתרן באמצעות אינטראקציה משותפת של ממסים באלקטרוליטים מבוססי אתר בשנת 2015: מתקבלים קיבולת נמוכה בסביבות 100 mAh/g כאשר פוטנציאל העבודה גבוה יחסית בין +0-1.2V "vs" Na/Na. כמה שלבי חומצב טיטנית כגון Na2Ti3O7, או NaTiO2, יכולים לספק קיבולות בסביבות 90–180 mAh/g בפוטנציאל עבודה נמוך (&lt; +1V "vs" Na/ Na), אם כי יציבות המחזור מוגבלת כיום לכמה מאות מחזורים. היו דיווחים רבים על חומרי אנודה המאחסנים נתרן באמצעות מנגנון תגובת סגסוגת ו/או מנגנון תגובת המרה, עם זאת, מאמץ העומס החמור שחווה החומר במהלך מחזורי אחסון חוזרים ונשנים מגביל מאוד את יציבותם במחזור, במיוחד בתאים בפורמט גדול, ומהווה אתגר טכני מרכזי שצריך להתגבר עליו על ידי גישה חסכונית. חוקרים מאוניברסיטת טוקיו השיגו 478 mAh/g עם חלקיקי מגנזיום בגודל ננו כפי שפורסם בדצמבר 2020.
קתודות.
התקדמות משמעותית הושגה בתכנון קתודות של יון-נתרן בצפיפות אנרגיה גבוהה מאז 2011. בדומה לכל הקתודות של יון-ליתיום, גם קתודות יון-נתרן מאחסנות נתרן באמצעות מנגנון תגובת אינטראסלציה. בשל הצפיפות (Bulk density) הגבוהה שלהם, פוטנציאל ההפעלה הגבוה והקיבולת הגבוהה, קתודות המבוססות על תחמוצות מתכת למעבר נתרן זכו לתשומת לב גדולה. מתוך רצון לשמור על עלויות נמוכות, מחקר משמעותי נועד להימנע או להפחית אלמנטים יקרים כגון Co, Cr, Ni או V בתחמוצות. הוכח כי תחמוצת Na2/3Fe1/2Mn1/2O2 מסוג P2-type ממשאבי Fe ו- Mn השופעים של כדור הארץ מאחסנות 190 mAh/g במתח פריקה ממוצע של +2.75V "vs" Na/Na תוך ניצול חמצון-חיזור 4+/3+Fe חיזור בשנת 2012, צפיפות אנרגיה כזו הייתה שווה או טובה יותר מאשר קתודות ליתיום מסחריות כגון LiFePO4 או LiMn2O4. עם זאת, טבעו חסר הנתרן פירושו התפשרות בצפיפות האנרגיה בתאים מלאים מעשיים. כדי להתגבר על מחסור בנתרן הטמון בתחמוצות P2, הושקעו מאמצים משמעותיים בפיתוח תחמוצות עשירות יותר ב-Na. הוכח כי תערובת מסוג P3/P2/O3 של Na0.76Mn0.5Ni 0.3Fe0.1Mg0.1O2 מספק 140 mAh/g במתח פריקה ממוצע של +3.2V "vs" Na/Na בשנת 2015. בפרט, תחמוצת NaNi1/4Na1/6Mn2/12Ti4/12Sn1/12O2 מסוג O3 יכולה לספק 160 mAh/g במתח ממוצע של 3.22V vs +Na/Na, בעוד סדרה של תחמוצות מבוססות Ni מסוממות של הסטוכיומטריה NaaNi(1-x-y-z)MnxMgyTizO2 יכולות לספק 157 mAh/g ב"תא מלא" יון-נתרן עם האנודה של פחמן קשה (לעומת למינוח "חצי תא" המשמש כאשר האנודה היא מתכת נתרנית) במתח פריקה ממוצע של 3.2 V תוך ניצול 2+/4+NI. ביצועים כאלה בתצורת תאים מלאה טובים יותר או משתווים למערכות יון-ליתיום מסחריות כיום.
מסחריות.
CATL : יצרנית סינית גדולה זו של סוללות יון-ליתיום הודיעה בשנת 2021 כי תביא סוללה מבוססת יון נתרן לשוק עד שנת 2023. טכנולוגיית "הדור הראשון" משתמשת בכחול פרוסי לאלקטרודה החיובית ופחמן נקבובי לאלקטרודה השלילית. הם טוענים לצפיפות אנרגיה ספציפית של 160 Wh/kg בסוללת הדור הראשון שלהם, ומצפים שדור מאוחר יותר יגיע ליותר מ -200 Wh/kg.
כריסטוף פול
כריסטוף פול ( בגרמנית: Christoph Voll ; 27 באפריל 1897- 16 ביוני 1939) היה פסל וגרפיקאי גרמני הקשור לאקספרסיוניזם. הוא היה חבר בקבוצת האוונגרד הפעילה מבחינה פוליטית של אמני דרזדן.
ראשית חייו.
כריסטוף פול נולד במינכן באפריל 1897, כבן של הפסל רומן פול והציירת אוגוסטה פליסיטאס. אביו נפטר זמן קצר לאחר לידת בנו, ואמו החליטה לעזוב אותו ואת אחיותיו לתקופות ממושכות בבית יתומים שנוהל על ידי נזירות.
ילדותו מאופיינת בסמכותן הקשה והקרה של האחיות, ודמות אם שאיננה, אלה השפיעו עמוק על פול. הדבר ניכר בעיקר ביצירותיו המוקדמות, הרואות בנזירות וביתמות נושאים שחוזרים על עצמם. נראה שגם ילדותו עוררה בו מידה רבה של זעם חברתי.
לדברי פול עצמו, הוא כבר החל להתבטא באופן אמנותי בבית היתומים, שם היה מצייר ציורים ואפילו פסלים קטנים מלחם מיובש. בשנת 1911 עברה אמו של פול ממינכן לדרזדן לאחר שנישאה שנית. כאן זכה פול לחניכות אצל הפסל אלברט סטארק, ממנו למד את הטכניקות הפיסול הבסיסיות.
בשנת 1915 הצטרף לצבא, ושירת ארבע שנים בלחימה במלחמת העולם הראשונה בחזית הצרפתית והרוסית. הוא זכה בצלב הברזל ובהמשך הפיק כמה עבודות על נושאי מלחמה. פול מעולם לא דיבר בפומבי על חוויות המלחמה שלו, אך נשאר פציפיסט נלהב עד סוף חייו.
קריירה.
לאחר המלחמה חזר פול לדרזדן והשתלב בהדרגה בסביבה האמנותית הדינמית של דרזדן.
בשנת 1920, הצטרף לקבוצה יצירתית של אינטלקטואלים ואמנים שנפגשו לעצב מחדש את סדרי העולם בדרך אוטופית של סוציאליזם. הקבוצה כללה אמנים מודרניים בולטים כמו אוטו דיקס, קונרד פליקסמולר, הוגו זידר, לזאר סגל, אוטו שוברט וג'לה פרסטר.
במסגרת התערוכות של קבוצה זו מכר פול את יצירותיו הגדולות הראשונות וקיבל הזמנות עבודה חשובות. אוסקר קוקושקה היה חבר כבוד בקבוצה, אך מעולם לא הציג איתם בפועל.
בין תלמידיו של קוקושקה הייתה ציירת דנית צעירה, ארנה סורנסן. היא ופול התאהבו והתחתנו במאי 1922. הדבר הביא לתקופה של פריון אמנותי ורוגע רגשי בחייו של פול, שילוב שאותו ייחס להשפעתה החיובית של אשתו.
פול הוכר כאמן גרמני חשוב, ובשנת 1924 זכה בתואר פרופסור לאמנות פלסטית בסארברוקן. זו הייתה תקופה חשובה בקריירה ובחייו האישיים.
אזור של העיר השתייך לחבל הסאר מהמחוזות העניים שבגרמניה, והתגוררה בה בעיקר אוכלוסיית מהמעמד הפועלים. לאחר תום מלחמת העולם הראשונה עבר האזור למנדט צרפתי במסגרת הסכמי ורסאי. מעמד זה טיפח מספר אידאולוגיות פוליטיות אינטנסיביות, כולל קבוצה שתמכה בעצמאות החבל מצרפת וגרמניה. במשך תקופה מסוימת נראה כי פול הזדהה עם הרעיון הזה אף שמעולם לא הביע זאת באופן חד משמעי.
מבחינה אמנותית, פול אולי תפס את סארברוקן כתחנה בקריירה שלו, אבל בהחלט לא כשיא. הוא המשיך לעבוד בעץ - במיוחד אלון - והיה מורה ומדריך מסור. מעט ידוע על חייו האישיים בתקופה זו.
המעגל החברתי שלו כלל את הצייר אוסקר טרפה, אותו הכיר משנותיו בדרזדן, ומבקר האמנות ארתור בינץ, שאותו פיסל בשנים 1925. במעגל החברתי שלו נכלל גם הצייר האפרו-אמריקאי ויליאם הנרי ג'ונסון, אותו פגשו הוא ואשתו ארנה קראק בשנת 1928.
במהלך שהותו בסארברוקן, פול זכה להכרה הולכת וגוברת כאמן. בשנת 1926 השתתף ביריד האמנות הבינלאומי של דרזדן עם שלושה פסלי עץ. עבודתו זכתה להד חיובי באליטה האמנותית, ותערוכות גדולות אחרות נערכו בעקבותיה. החשובה שבניהם הייתה תערוכת יחיד בגלריה בברלין בשנת 1927.
כחלק מגל ההצלחה, מונה פול לפרופסור לפיסול בקרלסרוהה, בשנת 1928. שם פול עבד עם עמיתיו כדי לנסח וליצור סגנון חדש, והאקדמיה הפכה למוקד מרכזי של הריאליזם באירופה. אבל בסוף שנות העשרים אזור באדן הפך למרכז נאציזם ואלימות.
כאשר עלו הנאצים לשלטון בשנת 1933, רבים מעמיתיו של פול פוטרו מתפקידם. בעוד פול הוכרז "כקומוניסט", נחקר והיה מושא לביקורת אידאולוגית חריפה. אבל הוא ניצל מגל הרדיפה הראשוני, והותר לו לשמור על מעמדו ולהמשיך בעבודתו.
בתקופה זו, הוא התרחק מכמה מוטיבים מסורתיים שלו, והחל להתמסר לתיאור הגוף הנשי, ובפרט מורכבות תנועתו. בין יצירות המופת שלו מתקופה זו ניתן למצוא יצירות אבן מרכזיות. בשנת 1937 פנו הנאצים גם נגד פול. פסלו "שוונגר" היה אחד מתוך יותר מ -17,000 יצירות שהנאצים החרימו. הם יצרו תערוכה של האמנות המנוונת כהגדרתם. דרכה הם רצו למכור יצירות אמנות אלה לאספנים ומוסדות זרים.
לפני סוף 1937, כמה מעבודותיו של פול הוקעו כיצירות מנוונות בפרסומים הנאציים. פול הודח הלכה למעשה מהאקדמיה בקרלסרוהה, כאשר חוזהו לא הוארך.