Материалы катода для натрий-ионных аккумуляторов и связанные с ними процессы 

В настоящее время на рынке энергетического хранения существует множество технических направлений, однако доля электрохимического энергетического хранения быстро растет в последние годы. Батареи на литии остаются основным направлением в отрасли, но с тем, как такие предприятия, как CATL , Zhongke Haina и другие, входят в отрасль, батареи на натрии также быстро набирают популярность, став фокусным объектом на рынке энергетического хранения.

Исследования по батареям на натрии в последние годы постепенно достигают зрелости. Поскольку запасы натрия в 420 раз превышают запасы лития, он обладает обильными запасами и низкой стоимостью. Теоретическая себестоимость BOM (структура материалов) батарей на натрии может снизиться на 30-40% по сравнению с батареями на литии. Кроме того, батареи на натрии превосходят их по безопасности, работе в широком диапазоне температур (высоких и низких) и быстрой зарядке, поэтому они имеют широкие перспективы применения на рынках энергетического хранения, двухколесных транспортных средств и т.д. В настоящее время нехватка литиевых ресурсов ограничивает развитие нижнего звена цепочки поставок, поэтому рынок начинает уделять больше внимания батареям на натрии, который имеет более высокую распространенность элемента.

II. Технология производства позитивного материала — синего прусского

Синий прусский является одним из наиболее широко исследуемых позитивных материалов для батарей на натрии, обычно его получают методом растворного соосаждения. В смешанный раствор FeCl3 (хлорида железа(III)) и NiCl2 (хлорида никеля(II)) определенной концентрации добавляют осадитель Na4Fe(CN)6 (натрий ферроцианид, также известный как «желтая кровяная соль»), в результате образуется осадок, содержащий катионы Fe и Ni. После фильтрации и промывки в итоге получается синий прусский с легированием никелем.

Осадитель Na4Fe(CN)6 (натрий ферроцианид), используемый для производства синего прусского, также называют «натрий ферроцианид». Принцип технологического процесса производства Na4Fe(CN)6 из сырья — природного газа — следующий:

Реакция синтеза цианистоводорода: CH4 + NH3 + 3/2O2 → HCN + 3H2O

Реакция синтеза цианида натрия: HCN + NaOH → NaCN + H2O

Реакция синтеза натрия ферроцианида: 6NaCN + Fe + 12H2O → Na4Fe(CN)6·10H2O + 2NaOH + 2H2

Химическая компания DODGEN  обладает опытом проектирования как на внутреннем, так и на внешнем рынках в области технологий цианистоводорода и его производных, а также практическим опытом эксплуатации множества установок в стране. Компания успешно сотрудничает с публичной компанией Шаньдун Xinhecheng Holdings Co., Ltd. в проекте по производству жидкого цианида натрия мощностью 100 000 тонн в год. Проект был запущен в эксплуатацию, и качество продукции соответствует мировому высокому уровню.

III. Комплексное технологическое решение компании DODGEN

Учитывая производственные потребности Шаньдун Xinhecheng Holdings Co., Ltd. и собственные обширные опыт в инженерной технологии, DODGEN предоставило технологический пакет и проект комплектующих оборудования для производства жидкого цианида натрия мощностью 100 000 тонн в год, при этом в качестве побочных продуктов получаются сульфат аммония и сульфат натрия. Вся технологическая система включает более десяти узлов, она зрелая, надежная, высокобезопасная и полностью автоматизирована.

1. Система синтеза цианистоводорода (HCN)

Система синтеза HCN состоит в основном из двух частей: синтеза HCN и удаления аммиака из HCN. Для процесса удаления аммиака используется проприетарный абсорбционный реактор DSV компании DODGEN, который обеспечивает высокую эффективность удаления аммиака и отличный контроль за отбором сульфата аммония (с непрерывным автоматическим отбором). Одновременно отобранный сульфат аммония подвергается испарению для удаления цианида; показатели и технология удаления цианида соответствуют международному высокому уровню. Раствор сульфата аммония после удаления цианида нейтрализуют аммиаком, затем направляют в триэффективный испаритель для уплотнения путем испарения, после чего проводят кристаллизацию, центрифужное разделение, сушку и упаковку, в результате получают побочный продукт — сульфат аммония.

2. Система синтеза цианида натрия (NaCN)

HCN после удаления аммиака напрямую вступает в реакцию поглощения с жидким щелочью для синтеза жидкого NaCN; для реакции поглощения также используется реактор DSV компании DODGEN. Реактор DSV обладает высокой эффективностью реакции и коротким временем пребывания, что позволяет эффективно уменьшить количество примесей карбоната натрия (образующегося из газа CO2) и формиата натрия (образующегося в результате гидролиза цианида натрия). Система имеет большой эксплуатационный диапазон: стабильная работа возможна даже при нагрузке 50% от номинальной. Количество примесей карбоната натрия, образующихся в побочных реакциях, невелико, а расход сырья — гидроксида натрия — низок.