Similitudes y diferencias entre la pila de litio y la de sodio: ¿cuál tiene más ventajas?

Las soluciones energéticas se están transformando y las pilas portátiles también. En este artículo, traemos a usted un tipo de batería recargable que se ha convertido en una de las últimas conversaciones en la industria de la batería con su comparación a más bien en el tipo de batería de tendencia.

Este artículo trata sobre batería de litio frente a batería de sodio. Aunque hay suficientes investigaciones para hacer del sodio una mejor alternativa al litio en soluciones portátiles de energía, la estandarización y comercialización de las baterías de sodio no tiene más de unos pocos años.

Qué es una pila de iones de sodio

Por lo general, las pilas de sodio son otro tipo de pilas recargables cuyo principio de funcionamiento es bastante similar al de las pilas de litio: movimiento de iones entre electrodos positivos y negativos. La respuesta a la pregunta de por qué el sodio se considera una opción prometedora en lugar de las pilas de litio reside en su química. Dado que tanto el litio como el sodio son elementos metálicos y están muy próximos en la tabla periódica, sus principales propiedades, como los electrones de valencia, la capacidad de carga y las reacciones de carga y descarga, coinciden.

Cómo funcionan las pilas de sodio

Para entender cómo funciona una pila de sodio, tendremos que sumergirnos un poco más en su química de funcionamiento. Como cualquier otra pila recargable, una pila de sodio consta de un cátodo, un ánodo y un material electrolítico. Cuando el material activo se introduce en el electrolito, se produce una oxidación en el ánodo en la que el electrodo pierde un electrón. Estos electrones viajan hasta el cátodo, donde se produce la reacción de reducción. Y de esta manera, se crea una corriente que aumenta el voltaje de la célula que, en última instancia, carga la batería.

¿Son buenas las pilas de sodio?

Dado que el sodio se encuentra en la naturaleza en forma más abundante que el litio, la fabricación de electrodos de sodio, que son el componente principal de las pilas de sodio, resulta más barata, lo que convierte a este tipo de pilas en una opción más rentable que las de litio. Avanzando en el debate de las pilas de litio frente a las de sodio, otras ventajas destacadas de las pilas de sodio frente a las de litio son las siguientes:

●El coste de la materia prima del material de cátodo aleado con sodio (hierro/níquel/manganeso) es casi la mitad que el del material de cátodo ternario para baterías de litio, debido a la abundancia de reservas de sal de sodio a bajo precio.

●La conductividad del material electrolítico de sodio es 20% mayor con la misma concentración de electrolito que el material de litio, lo que lo convierte en una solución electrolítica de baja concentración más asequible.

Aunque la densidad energética de las baterías de sodio no puede compararse con la de las baterías de iones de litio, su relación coste-beneficio es notable, lo que las convierte en un sustituto capaz de las tradicionales baterías de plomo-ácido.

Deficiencias de las pilas de sodio

●Las pilas de sodio suelen tener disolventes orgánicos como material electrolítico, lo que podría suponer un gran problema de seguridad, ya que estos disolventes orgánicos son muy inflamables y podrían provocar explosiones e incendios.

●Las pilas de sodio ofrecen una baja densidad volumétrica de energía debido a su baja densidad, que se debe a la presencia de moléculas de agua y grupos CN en su estructura cristalina, que liberan moléculas de HCN. En el proceso de producción de baterías se requieren más materiales auxiliares y costes de fabricación.

Qué es la batería de iones de litio

El tipo más común de baterías recargables; las baterías de iones de litio están formadas principalmente por cuatro componentes. Un cátodo, un ánodo, un electrolito y un separador. El cátodo es la fuente de iones de litio, define el voltaje y la capacidad de estas baterías, mientras que el ánodo es responsable del flujo de corriente cuando la célula se está cargando.

Cuando está completamente cargado, el ánodo almacena los iones de litio. El electrolito sirve de vía entre el ánodo y el cátodo. Puede tratarse de disolventes, aditivos o sales. Por último, el separador, que se explica por sí mismo, es una barrera física que separa el ánodo del cátodo.

Debido a su alta densidad energética, tamaño compacto y ligereza, las baterías de iones de litio se han convertido en una opción popular para dispositivos portátiles como portátiles, tabletas, teléfonos móviles y herramientas eléctricas.

Cómo funcionan las pilas de iones de litio

Como ya se ha mencionado, las baterías de iones de litio constan de cuatro componentes básicos y funcionan como resultado de una reacción de oxidación-reducción que tiene lugar en el ánodo y el cátodo respectivamente. Las cargas positivas fluyen desde el ánodo y se acumulan en el cátodo, lo que crea un flujo de corriente. Este flujo de corriente circula entre el colector de corriente y el colector de corriente negativo y el dispositivo que se va a cargar (entre ambos), mientras que el separador impide que los contactos positivo y negativo formen un cortocircuito.

¿Son buenas las pilas de litio?

1.Para todos los dispositivos inteligentes y de alta tecnología en los que cambiar las pilas es un inconveniente, las pilas de iones de litio resultan ser una gran elección, ya que estas pilas están fabricadas para durar más tiempo.

2.Gracias a su capacidad para soportar un amplio rango de temperaturas de funcionamiento, las baterías de iones de litio son ideales para su uso en regiones de clima cálido y aplicaciones al aire libre.

3. Por encima de todo, las baterías de iones de litio tienen una mayor densidad de potencia y vida útil, lo que, junto con su capacidad de carga rápida y larga duración, las hace mejores que la tecnología de baterías tradicional.

Deficiencias de las pilas de litio

Normalmente, las pilas de litio son resistentes a las altas temperaturas, pero no a las bajas.

El uso a baja temperatura de baterías de iones de litio tiene una capacidad baja, una atenuación grave y una tasa de ciclos pobre.

¿Para qué sirven las pilas de litio y las de sodio?

La química de las pilas de litio frente a las de sodio define sus principales aplicaciones.

●Las baterías de iones de litio han sido las favoritas para cargar dispositivos electrónicos portátiles, como sistemas de energía solar, vehículos recreativos, embarcaciones y carros de golf, debido a su alta densidad de energía y tensión de funcionamiento.
●Por otro lado, las baterías de iones de sodio están demostrando ser una prometedora tecnología de futuro debido a la abundancia de elementos de sodio en la naturaleza, su adaptabilidad a altas temperaturas, sus propiedades no inflamables y su alta energía. Se utilizan en redes de energía, vehículos eléctricos y otras aplicaciones similares.

Temperatura de funcionamiento de las pilas de litio frente a las de sodio

La temperatura de funcionamiento de las baterías de litio frente a las de sodio depende de la eficiencia de descarga y de la duración del ciclo. La temperatura de funcionamiento adecuada para las baterías de iones de sodio es de -40- +60◦C, mientras que la de las baterías de iones de litio es de -20-60 ◦C.

¿Cuál es la diferencia entre una pila de litio y una de sodio?

Las principales diferencias entre la batería de litio y la de sodio serían el rendimiento y el rango de temperatura.

Si se observan las propiedades de los elementos, se ve claramente que el litio tiene mejores propiedades electroquímicas que el sodio, lo que se traduce en una mejor transferencia de energía. En resumen, las baterías de litio son superiores a las de sodio en cuanto a rendimiento y duración.

●Las pilas de sodio no ofrecen desbordamiento térmico, lo que significa que estas pilas son inflamables y pueden funcionar eficazmente en entornos fríos. En resumen, las baterías de iones de sodio ofrecen un rendimiento excepcional en un rango de temperaturas más amplio.

Talla

Hablando del tamaño de la batería de litio frente a la de sodio, tendremos que tener en cuenta dos factores importantes que son la densidad de energía y la carga por unidad de volumen.

Por lo general, las baterías de iones de sodio son más grandes que las de iones de litio para almacenar la misma cantidad de energía, y esto se debe a que su densidad energética es menor, lo que se traduce en una carga baja por unidad de volumen. Sin embargo, con el avance de la tecnología, esperamos que aumente la densidad energética de las baterías de litio frente a las de sodio, ya que nos permitirán soluciones de baterías más pequeñas pero más potentes.

Coste

Comparar el precio de las baterías de litio frente a las de sodio. Aunque todavía queda mucho por hacer en la comercialización de las baterías de iones de sodio para que estén disponibles comercialmente para uso general, se espera que las baterías de iones de sodio reduzcan sus precios hasta 30-40% en comparación con sus homólogas de iones de litio.

Rendimiento de la batería de litio frente a la de sodio

Gracias a sus mejores propiedades electroquímicas y a sus eficaces propiedades de transferencia, las pilas de iones de litio ofrecen un rendimiento superior al de las pilas de iones de sodio. Su mayor densidad energética y menor resistencia interna las convierten en la opción preferida para todos los dispositivos electrónicos portátiles que necesitan cambiarse con frecuencia.

En la batería de litio frente a la de sodio, cuando el precio de la batería y el impacto ambiental son prioritarios, las baterías de iones de sodio ofrecen un rendimiento superior. Por ejemplo, en los sistemas de almacenamiento en red, donde las baterías de gran capacidad se almacenan durante periodos más largos y requieren recargas menos frecuentes, las baterías de iones de sodio son una gran opción.

¿Qué pila es más segura, la de litio o la de sodio?

Si hablamos del factor de seguridad de la batería de litio frente a la de sodio, en todo el mundo se han registrado varios casos de explosión e incendio de baterías de iones de litio. Además, se trata de una batería de óxido de cobalto de litio, pero no todas las baterías de iones de litio tienen material inseguro , como la batería de fosfato de hierro de litio, utiliza materiales seguros y respetuosos del medio ambiente, no tóxico y sin metales pesados.

Por el contrario, las baterías de iones de sodio no requieren consideraciones especiales para su manipulación, uso y almacenamiento seguros, ya que su química más segura garantizará que la batería nunca experimente fallos de este tipo.

¿Es mejor la pila de sodio que la de litio?

Cómo elegir entre una batería de litio y una de sodio, dado que el sodio está presente miles de veces más que el litio en la corteza terrestre, los científicos opinan que podemos depender del sodio durante un buen futuro previsible y que sería una alternativa más asequible y sostenible.

Sin embargo, varios tipos de investigación están en camino de concluir que la pila de sodio es más respetuosa con el medio ambiente que la de litio y las pruebas actuales no son suficientes para tener la última palabra.

¿Sustituirá la batería de iones de sodio a la de iones de litio?

Teniendo en cuenta la abundancia de sodio y sus propiedades químicas favorables, no se pueden desestimar las mayores posibilidades de que el sodio sustituya a las baterías de iones de litio como solución más barata y respetuosa con el medio ambiente. Y si esto ocurre, los iones de sodio reducirán casi a la mitad el coste de sustitución de las pilas de iones de litio.

Sin embargo, las baterías de sodio no pueden sustituir por completo a las de iones de litio, y no son adecuadas para aplicaciones con requisitos de alta densidad energética, como teléfonos móviles y ordenadores portátiles o baterías marinas, etc.

Batería de iones de sodio de litio frente a batería de sodio, sigue habiendo demanda en el mercado de vehículos con requisitos de capacidad relativamente grande y densidad de energía relativamente baja. En el futuro, el almacenamiento de energía distribuida y el almacenamiento de energía en red tendrán amplias perspectivas de aplicación para las baterías de sodio.

¿Por qué no usamos pilas de iones de sodio?

Las baterías de iones de sodio tienen una desventaja de densidad energética con respecto a las de iones de litio (fosfato de hierro y litio y manganato de litio). Y no hay grandes ventajas en el precio.

No existe una aplicación a gran escala de las baterías de iones de sodio. En primer lugar, la cadena de suministro ascendente de las baterías de iones de sodio no está madura, y hay muchos defectos potenciales de rendimiento. Las baterías de sodio no han obtenido ventajas de coste evidentes. En la elección de batería de litio frente a la de sodio, los usuarios están más dispuestos a aceptar productos de baterías de iones de litio con mayor madurez.