La tecnología de baterías de sodio para el almacenamiento de energía tiene un gran potencial en el mundo
La demanda de almacenamiento de energía eléctrica sigue creciendo
Países de todo el mundo han formulado estrategias de desarrollo para acelerar el ajuste de la estructura energética. La energía eólica y la fotovoltaica tienen intermitencia y volatilidad naturales. Con el aumento de la capacidad instalada y la escala de generación de energía, el impacto en el sistema eléctrico es más evidente.
Los nuevos tipos de almacenamiento de energía mantuvieron un gran crecimiento, en el que las baterías de iones de litio como Batería de litio de 12 voltios desempeñado un papel absolutamente dominante. Según las estadísticas, a finales de 2021, la capacidad instalada acumulada de proyectos de almacenamiento de energía que se han puesto en marcha en el sistema eléctrico mundial es de 209,4 GW, lo que supone un aumento interanual de 9%. La creciente demanda de almacenamiento de energía eléctrica aún debe ser cubierta por otras formas de almacenamiento de energía, como por ejemplo almacenamiento de energía tecnología de pilas de sodio.
Las ventajas de la tecnología de baterías de sodio para el almacenamiento de energía son significativas
El precio de las materias primas de la batería de litio subió, y el precio del carbonato de litio subió a 500.000 RMB/tonelada desde los 55.000 RMB/tonelada de principios del año pasado. Según el informe, la capacidad instalada de almacenamiento de energía en la red Q1 de Estados Unidos en 2022 alcanza los 747MW/2399MWh, lo que supone un descenso de 53,7%/49,2% mes a mes en comparación con el Q4 de 2021.
Se retrasará la construcción de proyectos de almacenamiento de energía de 1,2 GW, de los cuales aproximadamente 1/4 se retrasará al año que viene. Ameresco, promotora de proyectos de almacenamiento de energía en baterías, anunció que el proyecto de almacenamiento de energía en baterías de 537,5MW/2150MWh de California, que se puso en marcha en agosto, sufrirá un retraso en la conexión a la red.
Según las estadísticas, cuando el precio del carbonato de litio es de 150.000 RMB/tonelada, el coste del material para baterías de NaCuFeMnO/carbono blando es 30-40% inferior al del material para baterías de fosfato de hierro y litio/grafito. Bajo la expectativa de un equilibrio ajustado entre la oferta y la demanda de carbonato de litio, se espera que el precio del carbonato de litio en 2022H2 se mantenga estable en torno a los 500000 RMB/tonelada.
Además, se espera que en los próximos tres años el precio del carbonato de litio se mantenga por encima de los 200.000 RMB/tonelada. En este contexto, la tecnología de baterías de sodio para almacenamiento de energía presenta importantes ventajas, y las baterías de iones de sodio entrarán en producción masiva.
Almacenamiento de energía Tecnología de pilas de sodio frente a tecnología de pilas de iones de litio
Se espera que la batería de iones de sodio acelere su penetración en el almacenamiento de energía eléctrica en virtud de la riqueza de sus recursos, su bajo coste, su alta eficiencia de conversión de energía, su larga vida cíclica, sus bajos costes de mantenimiento y otras ventajas. En comparación con las baterías de iones de litio, las de iones de sodio presentan las siguientes ventajas:
Coste
El coste de la tecnología de baterías de sodio de almacenamiento de energía se reduce, principalmente debido a las ricas reservas de recursos de sodio. El contenido de sodio en la corteza terrestre es de 2,75%, superior al contenido de litio de 0,065 ‰; Además, los recursos de sodio están distribuidos uniformemente, lo que es diferente de los recursos de litio. Alrededor de 70% de los recursos de sodio se concentran principalmente en Sudamérica.
Tasa de rendimiento
El rendimiento de la tecnología de batería de sodio de almacenamiento de energía mejora porque la energía de solvatación del ión sodio es menor que la del ión litio, y la capacidad de difusión del ión de interfaz es mayor; además, la tecnología de batería de sodio de almacenamiento de energía tiene una conductividad iónica mayor, y el rendimiento de la tasa de la batería de ión sodio es mejor.
Adaptabilidad a la temperatura
En la tecnología de baterías de sodio de almacenamiento de energía, la batería de iones de sodio tiene un mejor rendimiento a altas y bajas temperaturas. La tasa de retención de capacidad es de 70% a - 40℃, y puede reciclarse a 80℃. A nivel de sistema de almacenamiento de energía, se puede reducir la cuota de potencia del aire acondicionado, y hay margen para la reducción de costes.
Rendimiento del ciclo
El rendimiento cíclico de la batería de iones de sodio tiene un mayor potencial debido al mayor radio de iones de sodio. A diferencia del dopaje del litio, que reduce la capacidad específica de los materiales, los materiales de cátodo de sodio tienen elementos más diversificados, lo que proporciona un mayor espacio de exploración para las aplicaciones industriales.
Análisis de la ruta tecnológica de las pilas de sodio para almacenamiento de energía
Proceso de producción
En la tecnología de baterías de sodio de almacenamiento de energía, el proceso de producción de la batería de iones de sodio puede referirse a la batería de iones de litio, uno de los las mejores pilas recargables en la actualidad, y algunos procesos se han simplificado. Tomando como ejemplo el proceso de laminación de envases flexibles, el proceso puede dividirse en tres partes:
● Proceso de fabricación de electrodos frontales
Incluye la preparación de la pasta de electrodo, el recubrimiento del electrodo, el laminado, el secado al vacío de la lámina de electrodo, el corte de la lámina de electrodo, etc;
● Proceso de montaje de la parte trasera
Incluidos laminado, soldadura, sellado de cáscaras, secado al vacío, inyección y sellado de líquidos, etc;
● Proceso de selección de la composición química
Incluidos el preenvasado, la composición química, el envasado secundario, el cribado fraccionado, etc.
La diferencia con la batería de litio es que el papel de aluminio puede utilizarse como colector negativo en la tecnología de batería de sodio de almacenamiento de energía, lo que puede simplificar el proceso de soldadura.
Material del cátodo
La mayor diferencia entre la tecnología de pilas de sodio para almacenamiento de energía y la tecnología de iones de litio radica en los materiales del cátodo. En la actualidad, el sistema de materiales de cátodo de la tecnología de pilas de sodio para almacenamiento de energía se divide principalmente en tres vías técnicas:
● Óxido de metal de transición estratificado
Óxido estratificado, con canal de transporte bidimensional, y transporte rápido de iones de sodio; Tiene alta densidad de compactación y alta densidad de energía; Las desventajas son que los materiales no modificados tienen poca estabilidad en el aire, mayores costes de producción, almacenamiento y uso, y poca vida útil.
● Polianiones
Los materiales polianiónicos tienen un alto voltaje de trabajo y, por lo general, un excelente rendimiento de aumento, rendimiento cíclico y estabilidad térmica. Sin embargo, su conductividad es deficiente y debe mejorarse.
● Azul Prusia
Las materias primas similares al azul de Prusia tienen un bajo coste y se espera industrializarlas, pero deben sintetizarse por el método de disolución acuosa.
Material del ánodo
Los materiales del ánodo de la tecnología de baterías de sodio de almacenamiento de energía incluyen principalmente:
● Materiales a base de carbono
● Compuestos a base de titanio
● Materiales de aleación
● Compuestos metálicos
Entre ellos, es necesario mejorar las propiedades de ciclado de los materiales de aleación y los materiales de óxido metálico; la densidad energética de la batería de ánodo compuesto basada en titanio es relativamente limitada. Entre los materiales basados en el carbono, el grafito es difícil de utilizar como material negativo para la tecnología de baterías de sodio de almacenamiento energético. El carbono amorfo con una gran separación entre capas tiene buenas perspectivas de aplicación.
Electrolito
En la tecnología de baterías de sodio para almacenamiento de energía, el electrolito de la batería de iones de sodio es similar al de la batería de iones de litio, ambos compuestos por electrolito, disolvente y aditivo. La mayor diferencia es que el electrolito cambia de hexafluorofosfato de litio a hexafluorofosfato de sodio.
Se espera que los principales fabricantes de hexafluorofosfato de litio y electrolito tengan la capacidad de cambiar de capacidad en el futuro. La capacidad del electrolito de sodio puede ser difícil de limitar el desarrollo de las baterías de iones de sodio. Entre ellos, los fabricantes con capacidad para producir hexafluorofosfato de sodio de bajo coste, alto rendimiento y alta calidad tendrán una competitividad de base.
La tecnología de baterías de sodio para el almacenamiento de energía tiene un potencial explosivo en el mundo
En la actualidad, más de 60 empresas de todo el mundo llevan a cabo el correspondiente diseño de industrialización de baterías de iones de sodio, entre las que destacan FARADION en el Reino Unido, NAIADES en Francia, Natron Energy en Estados Unidos, Panasonic en Japón y CATL en China.
CATL es una famosa empresas de baterías de almacenamiento de energía en China. En julio de 2021, lanzó la primera generación de baterías de iones de sodio. Está previsto aplicar las baterías de iones de sodio a los vehículos de nueva energía mediante la innovación estructural de las baterías AB. En la actualidad, la tecnología global de las baterías de sodio para almacenamiento de energía se encuentra principalmente en fase de laboratorio o de pequeña escala/piloto.
La batería de litio y la de sodio son compatibles con algunas líneas de producción, y la elasticidad de la capacidad de producción confiere a la batería de iones de sodio un potencial explosivo. Los fabricantes de materiales de cátodo de litio ZEC, Ronbay Technology, etc. han puesto a punto materiales de cátodo de óxido de sodio en capas, y cooperan con los fabricantes de celdas para desarrollar la tecnología de las baterías de sodio de almacenamiento de energía.
Cálculo de la escala de la industria de tecnología de baterías de sodio para almacenamiento de energía
Las demandas económicas promueven el desarrollo de la tecnología de las baterías de sodio para almacenamiento de energía. Con la madurez gradual de la industrialización de las baterías de iones de sodio, éstas han acelerado su penetración en el campo del almacenamiento de energía. Se estima que la permeabilidad en el campo de la tecnología de baterías de sodio para almacenamiento de energía de 2022 a 2025 será de 0,2%/5%/19,2%/31,1% respectivamente.
En China, se estima que el envío de baterías de iones de sodio en el campo del almacenamiento de energía entre 2023 y 2025 será de 8,9/55,1/143,0 GWh, con una tasa de crecimiento compuesto de tres años de 300%. El espacio de mercado potencial de las baterías de iones de sodio en 2023-2025 será de 273,5/391,7/577,8 GWh respectivamente, y el envío de baterías de iones de sodio será de 10,2/66,2/166,6 GWh, con una tasa de penetración correspondiente de 4%/17%/29%.
Análisis de las principales empresas de tecnología de baterías de sodio para almacenamiento de energía
ZEC
La ZEC es líder en el campo subdividido de los materiales de cátodo ternario monocristalino. Sus productos principales abarcan una gama completa de materiales catódicos ternarios monocristalinos grandes de litio, níquel, cobalto y manganato con níquel medio, níquel medio alto y níquel alto. En cuanto a la tecnología de baterías de sodio para almacenamiento de energía, la empresa ha desarrollado con éxito una serie de electrodos positivos de sodio estratificados.
La empresa puede ajustar la línea de producción para que sea compatible con la producción de materiales de cátodo de sodio, y cambiar el proceso de sinterización en tres fases de los materiales monocristalinos por el proceso de sinterización en dos fases de los materiales de cátodo de sodio.
La empresa toma la delantera en el aprovechamiento de la nueva vía de material positivo de la tecnología de baterías de sodio de almacenamiento de energía, y su progreso en el desarrollo de productos es líder en la industria, que espera beneficiarse plenamente de la mejora de la permeabilidad de la electricidad de sodio.
Tecnología Ronbay
La empresa es líder en el campo del ternario de alto contenido en níquel. El ternario de alto contenido en níquel es la tecnología dominante para vehículos de larga duración. La empresa lidera la tecnología de materiales ternarios de alto contenido en níquel del sector y es la primera en lograr la producción en serie en China.
En julio de 2022, la empresa anunció que se transformaría en un proveedor integral de materiales catódicos que cubriría todo el mercado y declaró la disposición de tres rutas técnicas:
● Cátodo ternario de alto contenido en níquel
● Fosfato de litio, manganeso y hierro
● Pila de sodio
En 2021, los envíos de materiales catódicos ternarios de la empresa serán los primeros de China, con 13.30%, de los cuales los productos ternarios de alto contenido en níquel de la empresa representarán unas 90% del total de envíos ternarios. Se estima que la capacidad de los materiales catódicos de sodio para almacenamiento de energía de la empresa alcanzará las 250000 toneladas en 2022, liderando la industria en términos de escala de capacidad,
HUAYANG
La empresa se compromete a construir un patrón industrial de desarrollo integrado de carbón, industria fotovoltaica, batería de iones de sodio, almacenamiento de energía de volante de inercia, etc. En cuanto a la tecnología de baterías de sodio de almacenamiento de energía, HUAYANG desarrolló de forma independiente la tecnología de carbono nano ultra puro, que puede utilizar limo de subproducto de antracita como precursor de carbono blando de cátodo de electricidad de sodio.
El negocio del carbón de la empresa es sólido y estable, y mantiene una profunda cooperación con HiNa Battery. Lidera la industria de la tecnología de almacenamiento de energía de sodio en el proceso de industrialización de la energía de sodio, y se espera que construya una base de clientes de almacenamiento de energía apoyándose en las empresas de energía térmica aguas abajo.
