Análisis de las aplicaciones del almacenamiento de energía en baterías de iones de sodio

Según las previsiones, la nueva capacidad instalada del mercado de almacenamiento de energía superará los 300 GWh en 2025. El coste de las baterías de iones de sodio tiene mucho margen para bajar, lo que se espera que mejore significativamente la rentabilidad del almacenamiento de energía y penetre rápidamente en el campo del almacenamiento energético.

En 2025, según un escenario optimista, se espera que el índice de penetración de las baterías de sodio en el campo del almacenamiento de energía aumente hasta 6%/13%. El índice de penetración en el campo de los vehículos eléctricos de dos ruedas como batería de moto se espera que aumente hasta 20%/40%, y que la demanda mundial total de baterías de sodio supere los 30/70GWh.

El coste teórico de las baterías de iones de sodio es inferior, la temperatura de funcionamiento es más amplia y el rendimiento es más compatible con el entorno de almacenamiento de energía. Su tasa de retención de capacidad a -20°C es superior a 88%, lo que significa que, en comparación con las baterías de iones de litio, las baterías de iones de sodio pueden resolver eficazmente el problema de la baja eficiencia de las centrales eléctricas de almacenamiento de energía en regiones alpinas.

Cómo funcionan las pilas de iones de sodio

Una batería de iones de sodio es una batería secundaria de tipo mecedora similar a una batería de iones de litio. Consta principalmente de cinco partes: cátodo, ánodo, electrolito, separador y colector de corriente. Las dificultades técnicas se centran en los materiales del cátodo y el ánodo. Su principio de funcionamiento es la intercalación y desintercalación de iones de sodio en los materiales del cátodo y el ánodo para lograr la carga y liberación de energía.

Cuando la batería está cargada, los iones de sodio migran del cátodo al ánodo a través del separador, parte de los iones de sodio del cátodo se desintercalan en el electrolito y parte de los iones de sodio del electrolito se incrustan en los huecos reticulares del grafito o de los materiales de carbono duro. Por el contrario, durante la descarga, los iones de sodio del ánodo se desintercalan, los iones de sodio del cátodo se intercalan y los iones de sodio migran del ánodo al cátodo.

Ventajas de las pilas de iones de sodio para almacenar energía

Las baterías de iones de sodio se utilizan para almacenar energía y presentan las siguientes ventajas:

• Tiene un excelente rendimiento a altas y bajas temperaturas y puede funcionar en un amplio rango de temperaturas. Puede descargar más de 70% de su capacidad a una temperatura baja de -40°C, y puede utilizarse para cargas y descargas cíclicas a una temperatura alta de 80°C.
• Trabajo de alta potencia. Los equipos de almacenamiento de energía deben cumplir con el almacenamiento de energía intermitente a gran escala, y al mismo tiempo, deben tener las características de alta potencia de salida.
• Ecológica y sostenible. El papel de aluminio se utiliza para los colectores de corriente catódica y anódica de las pilas de sodio, la estructura y los componentes de la pila son más sencillos, y es más fácil reciclarla y reutilizarla.

Aplicaciones del almacenamiento de energía en baterías de sodio

Las aplicaciones de almacenamiento de energía se centran en la duración del ciclo y la fiabilidad. Debido al espacio relativamente grande y a las sencillas condiciones de funcionamiento, los requisitos de densidad energética son relativamente bajos. Entre ellos, el almacenamiento a gran escala tiene elevados requisitos de vida útil y fiabilidad. El almacenamiento de energía a gran escala utiliza el LCOE (coste nivelado de la electricidad) para juzgar el coste.

Aunque las baterías de iones de sodio tienen un coste bajo, su rendimiento cíclico es bajo y carecen de ventajas. El almacenamiento doméstico, los SAI y el almacenamiento de energía en estaciones base tienen unos requisitos relativamente bajos para estos dos indicadores, centrándose en los costes de adquisición, y relativamente bajos para la duración del ciclo.

Elementos de evaluación de costes y principales factores de influencia de cada escenario

Aplicación de la batería de sodio al almacenamiento de energía doméstica

El almacenamiento doméstico de energía tiene menos requisitos en cuanto a duración del ciclo y rendimiento, la capacidad del sistema no es grande y el control de seguridad es más sencillo. La capacidad de almacenamiento de energía doméstica del atributo To C es del nivel de 100 kWh, la capacidad es pequeña, y el requisito de duración del ciclo de la batería es relativamente bajo. El requisito general es de unas 6000 veces. El ion sodio ya se ha acercado a este requisito en la fase inicial de industrialización.

Al mismo tiempo, el número de celdas de almacenamiento de energía domésticas es pequeño, a menudo sólo de 20 a 40 celdas, con una capacidad de unos 100 Ah, y la potencia total del sistema sólo equivale a 1/10 de la de un BEV, lo que facilita el control de la consistencia y la seguridad.

En el campo del almacenamiento doméstico de energía, los requisitos de rendimiento y vida útil de la batería son bajos, y el coste de compra es el índice de evaluación principal. El ciclo de vida de las baterías de iones de sodio puede alcanzar las 4000-5000 veces. En el ámbito del almacenamiento doméstico de energía, al no ser necesariamente plena y completa, el daño a la vida cíclica de la batería es relativamente bajo, y el periodo de garantía suele ser de 10 años. Calculadas mediante carga y descarga una vez al día, las baterías de iones de sodio pueden cumplir los requisitos de este campo.

El almacenamiento de energía en el hogar exige poco a las baterías

Al mismo tiempo, el volumen de los productos domésticos de almacenamiento de energía es pequeño, y el problema de la baja densidad de energía volumétrica de las baterías de iones de sodio no tendrá un gran impacto en el coste y el espacio. Los usuarios domésticos de almacenamiento de energía están más preocupados por el coste, por lo que el coste de compra de las baterías de iones de sodio es el principal indicador de evaluación. Con la industrialización de las pilas de iones de sodio, se espera que sustituyan rápidamente a las pilas de litio-hierro-fosfato y a las pilas de iones de sodio. batería ternaria de litio en este escenario de aplicación.

La batería de sodio en la aplicación del gran almacenamiento de energía

El gran almacenamiento de energía tiene grandes requisitos de vida útil y rendimiento, gran capacidad del sistema y dificultad para controlar la seguridad y la coherencia. El gran almacenamiento de energía con el atributo To B tiene una gran capacidad de un solo EPC, que se sitúa en el nivel de MWh, y tiene elevados requisitos en cuanto a la vida útil del ciclo y la fiabilidad de la batería.

En la actualidad, la vida útil prevista del sistema es de 20 años, y se requiere que el ciclo de vida correspondiente de la batería sea superior a 10.000 veces. La célula de la batería del sistema de litio-hierro-fosfato puede alcanzar este nivel mediante la suplementación de litio, la mejora del cátodo y otras tecnologías.

Sin embargo, la vida útil de las celdas de las baterías de iones de sodio es de 4.000-5.000 veces, muy inferior a la de las baterías de litio-hierro-fosfato, y a menudo requiere múltiples sustituciones en escenarios de almacenamiento a gran escala. Al mismo tiempo, el sistema de almacenamiento a gran escala tiene un gran número de baterías, normalmente de 3.000 a 4.000 baterías, y tiene una gran capacidad de 280Ah+. Una vez que se produce un accidente de seguridad, la pérdida global será grande, por lo que es difícil controlar la consistencia y la seguridad.

Aplicación de baterías de sodio en estaciones base y UPS

Tanto las baterías de las estaciones base como los SAI se utilizan como fuentes de energía de reserva, con requisitos bajos en cuanto a duración del ciclo, pero altos en cuanto a rendimiento antiflotación, tasa de decaimiento de la energía y duración del calendario. Los equipos de alimentación de reserva suelen alimentarse de la red y sólo funcionan cuando se produce un corte de electricidad. Debido al énfasis en el coste, las baterías de litio hierro fosfato en cascada se utilizaban a menudo como energía de reserva y Batería de litio del SAI en el pasado.

Con la mejora de los requisitos de rendimiento, CATL ha lanzado baterías de 100Ah en el campo de las estaciones base 5G. En el escenario de los SAI, el rango de tensión varía mucho, y CATL ha lanzado una batería cilíndrica de 20Ah para adaptarse a diferentes rangos de tensión.

Las baterías de iones de sodio tienen un ciclo de vida largo y se espera que cumplan este escenario de aplicación. Por lo tanto, de forma similar a la lógica de aplicación del almacenamiento de energía doméstica, después de que se lleve a cabo la reducción de costes a gran escala, se espera una rápida sustitución en este campo.