Análisis de las dificultades de la producción en serie de baterías de iones de sodio

En la tabla periódica química, el elemento sodio está situado directamente debajo del elemento litio, y los elementos en tal relación posicional tienen propiedades similares. Además, los iones de sodio tienen una gran ventaja, la de las reservas de recursos. Obviamente, la popularización de las nanopilas puede contrarrestar el aumento del precio de las minas de litio. ¿Son fiables las pilas de sodio? ¿Cuánto tardarán las pilas de sodio en producirse en masa?

La fase de desarrollo de la pila de iones de sodio

Para fabricar una pila de sodio, primero hay que encontrar un material de electrodo de iones de sodio adecuado. Sin embargo, el rendimiento electroquímico de varios materiales (MoS2, TiS2 y NaxMO2) diseñados y desarrollados en la fase inicial no es el ideal. En cambio, los materiales de las baterías de iones de litio han encontrado varios materiales buenos (LCO, LFP y NCM) para desarrollarse rápidamente, por lo que el desarrollo de las baterías de sodio es muy lento.

En 2010, el desarrollo de la ciencia de los materiales también ha aportado nuevas oportunidades a las baterías de iones de sodio. Combinando las características de las baterías de iones de sodio, se han desarrollado una serie de materiales positivos y anódicos que han mejorado enormemente la capacidad y la vida útil de los ciclos. En ese momento, las baterías de iones de sodio empezaron a recibir una amplia atención por parte de los círculos académicos e industriales mundiales, y sus investigaciones relacionadas iniciaron un crecimiento explosivo.

Sin embargo, las baterías de iones de sodio aún se encuentran en una fase temprana de industrialización en su conjunto, y todavía hay una cierta distancia con respecto a la producción en masa. En la actualidad, hay muchas empresas en el mundo, como: La británica FARADION, la estadounidense Natron Energy, la francesa Tiamat, Toyota, Panasonic, etc. China fabricantes de baterías de ión sodio incluyen: CATL, Sunwoda y otras empresas, que están realizando los diseños pertinentes para la industrialización de las baterías de iones de sodio.

Ruta de desarrollo y dificultades de las baterías de iones de sodio

● Materiales de cátodo para baterías de iones de sodio

Hay tres tipos principales de materiales catódicos para las baterías de iones de sodio: óxidos, polianiones y azul de Prusia. Cada una de las tres vías tiene sus propios puntos fuertes:

● El método de preparación del sistema de óxido estratificado es sencillo, pero su estabilidad en el aire es deficiente.
● El sistema polianiónico tiene un buen rendimiento de velocidad y de ciclo, pero la conductividad es, en general, deficiente.
● Los compuestos de azul de prusia tienen buena estabilidad estructural y rendimiento de tasa, pero existe el problema de la complejidad de procesamiento en el proceso.

En la actualidad, la madurez del método de óxido estratificado como material catódico es relativamente alta, y se espera que sea el primero en realizar la industrialización. El tipo de azul de Prusia tiene un bajo coste, una alta capacidad específica y densidad energética, un excelente rendimiento de tasa y un gran potencial en el futuro. Sin embargo, el cianuro de sodio previo a los compuestos de azul de Prusia es un producto químico peligroso con altas barreras de entrada.

● Materiales para ánodos de baterías de iones de sodio

Dado que el radio de los iones de sodio es mucho mayor que el de los iones de litio, los materiales de grafito ampliamente utilizados en las baterías de litio tienen un pobre rendimiento de almacenamiento de sodio como materiales anódicos. De momento, no se hablará del carbono amorfo, que es el material anódico más prometedor. En cuanto a las materias primas, sigue habiendo problemas en el control de costes de los materiales, y el problema clave está aún en la fase inicial de inversión, que requiere una producción a gran escala.

A diferencia del sistema de baterías de litio, el cátodo y el ánodo de las baterías de iones de sodio y otros enlaces de materiales aún no se han producido en masa y verificado, y la correspondencia aún no ha entrado en el suministro a gran escala, y el coste de los materiales es difícil de controlar. El rendimiento de los materiales relacionados con las baterías de iones de sodio aún debe seguir mejorando, y el nivel actual del producto es similar al de las baterías de litio en 2013-2015.

● Proceso de fabricación de las baterías de iones de sodio

Dado que las características químicas de los iones de sodio son muy similares a las de las pilas de iones de litio, las pilas de iones de sodio siguen básicamente a las de iones de litio en cuanto a aspecto, diseño estructural, producción y procesos de envasado. A grandes rasgos, la apariencia se divide en tres categorías: cilindro, bolsa y estuche rígido cuadrado. Por tanto, la producción de pilas de iones de sodio puede ajustarse directamente a la línea de producción de pilas de iones de litio existente, lo que también permite sustituir las pilas de litio por la producción en masa de pilas de iones de sodio.

Sin embargo, desde el punto de vista del proceso de fabricación, la tecnología madura, la estabilidad de la calidad del producto y la tasa de rendimiento de las baterías de iones de sodio todavía necesitan tiempo para seguir mejorando para mejorar el rendimiento clave de las baterías de iones de sodio.

Nodo temporal de la industria de las pilas de iones de sodio

En comparación con las baterías de iones de litio, aunque aún faltan 7 u 8 años para que las baterías de iones de sodio se produzcan en masa, CATL, como empresa líder en empresas de baterías eléctricas del mundo ya está planificando baterías de iones de sodio. Poniendo el material eléctrico de sodio directamente en la célula de la batería original se pueden cubrir las siguientes densidades volumétricas de energía de la batería: 300-380Wh/L, 380-500Wh/L.

Es decir, con el tamaño de Pack existente, los turismos eléctricos puros pueden satisfacer las necesidades de una autonomía inferior a 400 kilómetros tras ser sustituidos por baterías de iones de sodio. También puede seguir mejorando la densidad energética del sistema de baterías gracias a la tecnología de baterías AB, la combinación de litio y sodio y las ventajas complementarias. Se espera que se extienda a modelos con una vida útil de la batería de 500 kilómetros, cubriendo alrededor de 65% del mercado automovilístico.

Conclusión

Algunos profesionales afirman que 2023 sigue siendo relativamente difícil como año de explosión de las baterías de iones de sodio. Aunque todo el mundo tiene grandes expectativas, objetivamente hablando, hay al menos tres dificultades para lograr la producción en masa de baterías de iones de sodio:

● La expansión del material en sentido ascendente necesita un ciclo.
● También hay que verificar paso a paso la producción de baterías de iones de sodio.
● Las baterías de iones de sodio deben probarse en invierno y verano, y las empresas automovilísticas deben acumular más datos.