¿Es la pila de iones de sodio mejor que la de litio?
La batería de iones de sodio es un nuevo tipo de batería. Pero el principio de la batería de iones de sodio y la batería de iones de litio es similar, también es una batería secundaria. Después de escuchar esto, es posible que desee saber si la batería de iones de sodio es mejor que la batería de iones de litio, ya que la batería de iones de sodio es más nueva.
El principio de la pila de iones de sodio
De hecho, el sodio y el litio pertenecen al mismo grupo principal de elementos, y sus comportamientos de carga y descarga son similares en funcionamiento. En el proceso de carga, los iones de sodio de la batería se liberan del cátodo y se incrustan en el ánodo. Cuantos más iones de sodio se incrusten en el ánodo, mayor será la capacidad de carga. Cuando se descarga, se produce el proceso inverso, cuantos más iones de sodio vuelvan al ánodo, mayor será la capacidad de descarga. La estructura de la batería de iones de sodio es similar a la de la batería de iones de litio, pero debido al gran radio del ion sodio, se prefiere la estructura de capas regulares de los materiales del ánodo y el cátodo. El diseño de la separación entre capas es un parámetro clave que afecta al rendimiento de la batería de iones de sodio.
Material para batería de iones de sodio
Similar a la estructura de la batería de iones de litio, la batería de iones de sodio también se compone de material de ánodo, material de ánodo, fluido colector, separador y electrolito. Los materiales catódicos incluyen principalmente óxidos de metales de transición y compuestos prusianos. Los materiales del ánodo son principalmente compuestos metálicos, materiales a base de carbono y materiales de aleación. Además de los materiales del ánodo y el cátodo, el colector desempeña un papel importante como material que transporta las actividades del ánodo y el cátodo y recoge los electrones. La batería de iones de sodio funciona de forma similar a la batería de iones de litio, pero el catión que circula por el electrolito es sodio en lugar de litio. A diferencia del litio, el sodio no sufre aleación electroquímica con el aluminio a temperatura ambiente, por lo que los agregados de cobre pueden sustituirse por aluminio, más barato. El separador puede ser el mismo de una batería de iones de litio.
Evolución y perspectivas de la batería de iones de sodio
El desarrollo de la batería de iones de sodio ha continuado en las últimas décadas, especialmente para aplicaciones estacionarias de almacenamiento de energía. Debido a sus ventajas de bajo coste, la batería de iones de sodio tiene un gran potencial de desarrollo.
Primeros días: comenzó en los años 70, principalmente para escenarios de almacenamiento de energía.
La investigación tanto de la batería de iones de sodio como de la batería de iones de litio comenzó en la década de 1970. Sin embargo, debido a los mayores requisitos para la investigación de la batería de iones de sodio y al gran interés de la gente por la batería de iones de litio, la investigación sobre la batería de iones de sodio se desarrolló lentamente en la primera etapa. En aquella época, la investigación se centraba principalmente en la batería de sodio-azufre, propuesta por primera vez por Ford Company en Estados Unidos. Por sus evidentes ventajas de bajo coste, ha sido ampliamente estudiada y aplicada en sistemas de almacenamiento de energía a gran escala.
A medio plazo: respetuoso con el medio ambiente y de bajo coste, empieza a recibir atención
La batería de iones de sodio ha llamado la atención principalmente por: 1) la contaminación medioambiental de las baterías de plomo-ácido no puede ignorarse: aunque la contaminación sólida y gaseosa de las baterías de plomo-ácido puede eliminarse, la contaminación de iones de metales pesados de plomo solubles en agua todavía no puede evitarse; 2) los recursos mundiales de litio son limitados y están desigualmente distribuidos, por lo que su coste es elevado y causará dependencia energética; 3) ventaja de coste de la batería de iones de sodio. En la actualidad, el precio de las materias primas para las baterías de iones de litio sigue subiendo. Y el sodio es fácil de obtener, la ventaja de coste de la batería de iones de sodio es obvia.
Actual: La batería de iones de sodio se ha ido comercializando y aplicando gradualmente
La investigación china en tecnología de baterías de iones de sodio está ahora a la vanguardia mundial. Varias empresas ya han conseguido algunos logros en la investigación de baterías de iones de sodio. CATL acaba de lanzar su primera generación de baterías de iones de sodio, que ha superado algunas de las desventajas originales, tiene alta densidad energética y resistencia a bajas temperaturas. En los últimos años, con la creciente demanda de almacenamiento de energía, la demanda de tecnología de baterías de almacenamiento de energía de bajo coste, como la batería de iones de sodio, es cada vez más urgente. Por lo tanto, la batería de iones de sodio puede ser ampliamente utilizada en el futuro.
La batería de sodio-azufre de alta temperatura y la batería de sodio-ión de temperatura ambiente son las nuevas baterías basadas en sodio que se han desarrollado rápidamente en los últimos años y tienen buenas perspectivas de aplicación en las centrales eléctricas estacionarias de almacenamiento de energía. Especialmente la batería de iones de sodio, tiene el principio de trabajo, la estructura y el sistema de material del ánodo similares a los de la batería de iones de litio. Aunque la densidad energética de la batería de iones de sodio es menor, tiene mayor energía y potencia que la batería de plomo-ácido, y su precio es bajo. Presenta buenas perspectivas de desarrollo en el almacenamiento de nuevas energías y en los vehículos eléctricos.
Ventajas y desventajas de la pila de iones de sodio
Baja densidad energética
La batería de iones de sodio tiene una densidad energética similar a la batería de níquel e hidruro metálico, pero no es tan alta como la batería de iones de litio. La densidad energética de la primera generación de la batería de iones de sodio desarrollada independientemente por CATL que hemos mencionado antes, ha hecho un gran avance y crecimiento sobre la base de la batería de iones de sodio tradicional, tan alta como 160Wh/kg. Es un número de densidad de energía que ha sido similar a la batería de litio hierro fosfato. Sin embargo, cuando se compara con la batería de litio ternaria con mayor densidad de energía, la batería de iones de sodio todavía no es lo suficientemente buena.
Mejor rendimiento de la carga rápida
El rendimiento de carga rápida de la batería de iones de sodio es mejor que el de la batería de iones de litio. El diámetro del ión sodio es menor que el del ión litio, y el electrolito con la misma concentración tiene mayor conductividad iónica que el electrolito de litio, o el electrolito con menor concentración puede alcanzar la misma conductividad iónica, y el rendimiento de llenado rápido es bueno. Aunque el radio del ión sodio es mayor que el del ión litio, es difícil incrustarlo en la estructura cristalina del electrodo, lo que provoca su lenta velocidad de movimiento, que debe mejorarse cambiando las características del material del ánodo. Por lo tanto, la investigación es más difícil que la de la batería de iones de litio, y no se ha generalizado su uso comercial en los últimos años.
La seguridad es relativamente estable
El rendimiento electroquímico de la batería de iones de sodio es relativamente estable, es fácil de pasivar y desactivar en el proceso de embalamiento térmico, y el rendimiento de la prueba de seguridad es mejor que el de la batería de iones de litio. Sin embargo, esto sólo se discute en términos de propiedades del material. En el caso de las baterías de iones de litio, que se han utilizado ampliamente en diversos equipos electrónicos y eléctricos, la seguridad de las baterías de iones de litio puede garantizarse siempre que se trate de productos de baterías cualificados producidos por fabricantes habituales y utilizados de la forma correcta.
Aplicación de la batería de iones de sodio
En la actualidad, debido a una tecnología inmadura y a una cadena industrial incompleta que es necesario mejorar, el sistema de baterías de iones de sodio tiene una baja eficiencia de producción y una escasa consistencia del producto, y su coste de producción es significativamente superior al de las baterías de iones de litio, lo que compensa en cierta medida la ventaja del coste de los materiales. Además, como ya hemos mencionado, su densidad energética es inferior a la de la batería de iones de litio, por lo que su uso no está muy extendido. Con la mejora gradual de la cadena industrial, así como con la mejora de la tecnología y el rendimiento de la batería, la ventaja de coste de la batería de ión sodio se irá poniendo de relieve gradualmente.
En conclusión, la batería de iones de sodio tiene una evidente ventaja de coste (tras su industrialización a gran escala), y es comparable a la de litio hierro fosfato en cuanto a duración de ciclo y seguridad, además de no ser más débil que varios tipos de baterías de iones de litio en cuanto a rendimiento de tasa, rendimiento a alta y baja temperatura.
Por lo tanto, es adecuado para escenarios de aplicación con requisitos de baja densidad de energía, alta sensibilidad al coste o altos requisitos de ciclo de vida, como vehículos eléctricos ligeros, vehículos de nueva energía con resistencia media y baja (menos de 300 km), suministro de energía en modo de espera, suministro de energía a estaciones base, almacenamiento de energía eléctrica, maquinaria de construcción, vehículos industriales, etc.
En la actualidad, la batería de iones de sodio se encuentra todavía en la fase inicial de industrialización, y es imposible que sustituya a la batería de iones de litio durante mucho tiempo en el futuro. Son más complementarias y satisfacen las necesidades de aplicación de distintos segmentos del mercado.
