Sodio-ión frente a litio: la batería de sodio-ión se industrializará
Las pilas de sodio y litio compiten
Las pilas de litio y sodio, la proximidad de los dos elementos en la tabla periódica, determina sus propiedades químicas similares. La investigación de los dos tipos de baterías comenzó casi al mismo tiempo, hasta que la batería de litio se convirtió en la niña mimada de la industria de las baterías. La primera batería funcional de iones de litio fabricada combinando un electrodo negativo de carbono blando y un electrodo positivo de óxido de cobalto y litio se comercializó por primera vez en Japón en la década de 1990.
Sin embargo, debido a su radio mayor que el de las baterías de iones de litio, las de iones de sodio quedan por detrás de las de litio en características importantes como la densidad energética y la vida útil del ciclo. Al mismo tiempo, los expertos están explorando la industrialización de las baterías de litio en China, lo que ha promovido la investigación de las baterías de litio en el campo nacional de los vehículos eléctricos. Mientras que las baterías de litio aceleran sus aplicaciones comerciales, la investigación sobre las baterías de iones de sodio está en auge, y los avances son aún lentos.
En 2000 se descubrió que los iones de sodio tienen buenas propiedades de intercalación en materiales de ánodo de carbono duro. Sin embargo, este descubrimiento no desencadenó inmediatamente el auge de la producción masiva de baterías de iones de sodio. Evidentemente, litio top 100 Los fabricantes que aún no han experimentado un fuerte aumento de la presión de los costes carecen de motivación para encontrar vías alternativas, y las baterías de sodio guardan silencio.
Después de 2010, el rápido desarrollo de la electrónica de consumo downstream, hardware inteligente, vehículos eléctricos y otros campos ha creado una enorme demanda de baterías de litio, y algunos científicos han previsto la escasez de recursos de litio. De hecho, el elemento litio de las baterías de litio sólo abunda 0,0065% en la corteza terrestre, lo que ni siquiera alcanza a los elementos níquel y cobalto de las baterías, y la mayoría de ellos se distribuyen en América. En cambio, el sodio (2,75%) es mucho más rico y las reservas están distribuidas de forma más uniforme.
Los costes de los elementos representan una gran proporción de los costes de las baterías. Cuando la fabricación a gran escala siga superando el límite, la escasez de recursos ejercerá una enorme presión sobre el coste de la cadena industrial. Los científicos esperan sustituir el cobalto, el níquel y el litio por sodio más barato, y al mismo tiempo puede desempeñar un rendimiento comparable, por lo que las baterías de iones de sodio han vuelto al campo de la comercialización de la tecnología.
La industrialización de la pila de iones de sodio llega poco a poco
Debido a que el rendimiento global aún no ha alcanzado al de las baterías de litio, las baterías de sodio sólo son adecuadas actualmente para vehículos de dos ruedas de baja velocidad, turismos de clase A00 y campos de almacenamiento de energía de capacidad baja y media. La densidad energética actual de las baterías de sodio puede alcanzar los 145 Wh/kg, lo que triplica aproximadamente la de las baterías de plomo-ácido. La densidad energética de las baterías de litio-hierro-fosfato y litio ternario puede alcanzar básicamente más de 160Wh/kg.
En cuanto a la duración del ciclo, según las diferentes condiciones de temperatura, el fosfato de hierro y litio puede alcanzar 3000-10000 veces, y la duración del ciclo de la batería de iones de sodio es de unas 1000-4000 veces. Sin embargo, para promover las baterías de iones de sodio a mayor escala, es indudable que hay que mejorar el rendimiento actual. La razón es que estos escenarios de aplicación suelen tener un umbral para la duración del ciclo. Por ejemplo, los vehículos eléctricos requieren 2.000 veces, y el umbral para el almacenamiento de energía a gran escala es de unas 5.000 veces.
La estabilidad cíclica de las baterías de sodio es mala, y es necesario mejorar el valor límite máximo. Además, la promoción a gran escala debe tener en cuenta el coste. El coste de producción teórico extremadamente bajo no significa necesariamente que se pueda conseguir. El coste real de fabricación también depende de que se siga reduciendo la producción a gran escala. Sólo cuando la capacidad de producción aumente gradualmente por encima de la escala de GWh, aparecerá la ventaja de coste de los materiales de las baterías de iones de sodio.
Aunque las bicicletas de dos ruedas son inferiores al A00 y al almacenamiento de energía en cuanto a requisitos técnicos, los vehículos eléctricos A00 son más fáciles de promover en términos de aceptación de precios, mientras que las bicicletas de dos ruedas son más sensibles al precio. Las baterías de litio y sodio tienen estructuras de cadena industrial y procesos de producción similares, y la experiencia de industrialización de las baterías de iones de litio puede servir de referencia.
China posee la mayor cadena industrial de baterías de litio con la tecnología más completa, y el sistema existente de baterías de iones de litio puede utilizarse en la producción de algunos materiales para baterías. Por ejemplo, el método de preparación del electrolito es similar al de la batería de iones de litio, la única diferencia es que la materia prima sustituye el carbonato de litio por sal de sodio, y las principales empresas de electrolitos también dominan las reservas técnicas del electrolito de iones de sodio.
Además, las ventajas de escala y experiencia técnica permiten a los fabricantes transfronterizos de baterías de litio utilizar su experiencia en el sector para ayudar a mejorar la cadena industrial de las baterías de iones de sodio y acelerar la construcción, puesta en marcha y escalado de las líneas de producción. Por tanto, fabricantes de baterías de ión sodio se espera que sean más rápidas en la eficiencia de iteración del rendimiento, y puedan ajustarse y adaptarse a las necesidades posteriores con mayor rapidez tras la verificación del mercado. CATL también está promoviendo la industrialización de las baterías de iones de sodio en 2023.
¿Cuál es el futuro de las baterías de iones de sodio?
Dependiendo de si la batería de iones de sodio puede adaptarse con éxito a las necesidades posteriores, y embarcarse en la producción en serie, la verificación comercial es sólo el primer paso, y después sigue siendo necesario lograr rápidamente iteraciones de rendimiento. Por otra parte, el mantenimiento de la ventaja de costes de las baterías de litio depende de los esfuerzos de reducción de costes de las de ión sodio, lo que puede verse en el movimiento de Transimage para aumentar la escala de la capacidad de producción.
También se ve afectada por la tendencia de los precios de los recursos de litio, es decir, si la batería de iones de sodio puede seguir manteniendo la ventaja de rentabilidad cuando baje el precio de la sal de litio. HiNa BATTERY tiene previsto seguir aumentando la densidad energética de las baterías de iones de sodio hasta 180-200 Wh/kg, al tiempo que aumentará la vida útil entre 8.000 y 10.000 veces. Según el ciclo de vida actual, las baterías de ión-sodio sólo son adecuadas para algunos vehículos eléctricos de baja velocidad, estaciones base de comunicaciones, centros de datos y otros campos de almacenamiento de energía de tamaño pequeño y mediano.
Si el índice de penetración en estos campos puede aumentar hasta 20%-30% en el futuro, según los cálculos de Industrial Securities, la capacidad instalada de baterías de iones de sodio alcanzará unos 32,6GWh en 2025. Suponiendo que el índice de penetración pueda alcanzar 100%, según los datos de EVTank, el espacio teórico de mercado puede llegar a 369,5GWh en 2026, y el tamaño del mercado puede alcanzar 150.000 millones de RMB.
El proceso de desarrollo de la energía de sodio sólo demuestra que, apostando únicamente por una vía técnica para las pilas de litio, el desarrollo de nuevas fuentes de energía en el futuro puede seguir cayendo en la escasez de recursos. La ventaja de la promoción de las pilas de sodio es liberar la presión de suministro de las pilas de litio para los escenarios de consumo energético de gama alta, y satisfacer las necesidades de capacidad instalada de otros campos aguas abajo con la ayuda de ventajas de bajo coste.
