¿Será el material de ánodo de carbono duro un novato para el almacenamiento de energía?

Con la rápida expansión de energías renovables como la solar y la eólica, también se está profundizando en la investigación de nuevos materiales para baterías de almacenamiento de energía. China es rica en recursos de sodio, y se considera que las baterías de iones de sodio son las nuevas baterías más adecuadas para el almacenamiento de energía a gran escala. soluciones de almacenamiento de energíay se espera que alivien el limitado desarrollo del almacenamiento de energía causado por la escasez y desigual distribución de los recursos de litio.

¿Cuáles son las ventajas de los materiales de carbono duro frente a otros materiales anódicos para baterías de iones de sodio? ¿Cuál es el estado de desarrollo de la industria china de materiales de carbono duro? ¿A qué distancia se encuentra su aplicación a gran escala? Con estas preguntas en mente, lea este artículo.

Por qué el carbono duro es la primera opción para los materiales de ánodos de baterías de iones de sodio

Las baterías de iones de sodio se componen principalmente de cátodo, ánodo, electrolitos, separadores, etc., y sus principios de funcionamiento son similares a los de las baterías de iones de litio. El material del ánodo de la batería de iones de sodio es el cuerpo principal de almacenamiento de sodio en la batería, y realiza la intercalación o extracción de iones de sodio durante el proceso de carga y descarga.

Por lo tanto, la capacidad de la batería está positivamente correlacionada con la capacidad del ánodo para almacenar iones de sodio, y la selección de los materiales del ánodo desempeña un papel decisivo en el desarrollo de las baterías de iones de sodio.

Desde el punto de vista de la clasificación de los materiales anódicos para baterías de iones de sodio, pueden dividirse a grandes rasgos en cinco categorías.

● Uno son los materiales anódicos a base de carbono, que incluyen principalmente grafito, carbono amorfo, nanocarbono, etc. Entre ellos, es muy probable que el carbono amorfo sea el primero en alcanzar la industrialización;
● El segundo es el material de ánodo tipo aleación, que tiene una alta capacidad teórica, pero la expansión de volumen es grave después de la intercalación de electrones de sodio, y el rendimiento del ciclo es pobre;
● El tercero son los materiales anódicos a base de óxidos metálicos y sulfuros, que tienen una capacidad teórica elevada pero una conductividad deficiente;
● En cuarto lugar, el material del ánodo incrustado a base de titanio tiene un pequeño cambio de volumen pero una baja capacidad;
● En quinto lugar, los materiales orgánicos de los ánodos son de bajo coste, pero tienen poca conductividad y son fácilmente solubles en el electrolito.

Los materiales anódicos a base de carbono presentan una excelente conductividad eléctrica, métodos de preparación flexibles, bajo coste y respeto por el medio ambiente, lo que los convierte en la primera opción para los materiales anódicos de las baterías de iones de sodio. Entre ellos, los materiales de carbono duro y carbono blando en carbono amorfo se consideran potenciales materiales anódicos para baterías de iones de sodio.

El carbono duro tiene una estructura de poros más grande que puede alojar más iones de sodio. Por lo tanto, la expansión y contracción del electrodo son más uniformes durante el proceso de descarga, lo que aumenta la estabilidad del ciclo y el rendimiento de carga-descarga del ánodo de carbono duro, y prolonga la vida útil del ciclo de la batería de iones de sodio.

Comparando las propiedades de los distintos tipos de materiales anódicos de carbono, se puede constatar que el carbono duro es la solución preferida para los materiales anódicos en la aplicación comercial de las baterías de iones de sodio, y se espera que sea la primera en lograr la industrialización.

La biomasa se ha convertido en la corriente principal para la preparación de materiales de carbono duro

Las materias primas de los precursores del carbono duro son ricas en fuentes, y la selección de precursores y la acumulación de tecnología de procesos son los factores clave en el desarrollo de materiales de ánodos de carbono duro. Entre los precursores habituales para la preparación de materiales de carbono duro se encuentran la biomasa, los polímeros sintéticos y los combustibles fósiles.

Los materiales de carbono duro preparados con distintos precursores presentan importantes diferencias de rendimiento. Debido a las diferentes fuentes de materias primas precursoras, la estructura de costes de los materiales de carbono duro también es significativamente diferente.

Entre ellas, las materias primas de biomasa proceden de una amplia gama de fuentes, como cáscaras de coco, cáscaras de fruta, cáscaras de pomelo, tejidos animales y vegetales, etc., y su coste es relativamente bajo, lo que las convierte en la primera opción para la preparación de materiales de carbono duro. En la actualidad, el proceso de preparación del carbono duro es paralelo en múltiples formas, y los materiales de ánodo de carbono duro se han desarrollado continuamente.

El tamaño del mercado de materiales de ánodos de carbono duro seguirá creciendo

Las baterías de iones de sodio se han convertido en un punto caliente de la investigación y la industrialización mundiales actuales. Los departamentos pertinentes de China se han propuesto desarrollar tecnologías de almacenamiento de energía de alta densidad energética, como las baterías de iones de sodio, las baterías de metal líquido, las baterías de iones de litio y las baterías de iones de sodio. batería de estado sólidobatería de metal-aire y batería de litio-azufre.

Los profesionales afirmaron que, en la actualidad, los investigadores han propuesto diversos modelos para el mecanismo de almacenamiento de sodio del carbono duro, pero aún no se ha alcanzado una comprensión unificada del mecanismo de almacenamiento de sodio. Por lo tanto, es necesario seguir investigando para revelar la relación estructura-actividad entre los materiales de carbono duro y el mecanismo de reacción electroquímica, y proporcionar una guía teórica y una base científica para mejorar el rendimiento del carbono duro.

Además, hay que seguir estudiando la influencia de los parámetros físicos de los materiales de carbono duro, como el tamaño de las partículas, la densidad de toma y la carga de masa, en el rendimiento electroquímico para mejorar sinérgicamente el rendimiento de los materiales cuando se aplican a sistemas de baterías de iones de sodio. Con el apoyo de China al desarrollo de vehículos de nuevas energías y equipos de almacenamiento de energía, el tamaño del mercado de la industria china de materiales de carbono duro para ánodos seguirá creciendo.

Según las previsiones del mercado, en 2025, el tamaño del mercado de la industria china de materiales de ánodos de carbono duro alcanzará los 8.650 millones de RMB, y la tasa media de crecimiento anual de la industria de materiales de ánodos de carbono duro alcanzará los 15,3% en los próximos cinco años.

En la actualidad, debido al escaso tiempo de desarrollo de la industria china de materiales de ánodos de carbono duro, la mayoría de las empresas e instituciones de investigación se encuentran todavía en la fase de investigación, desarrollo y optimización de la tecnología. Sin embargo, las principales 10 principales fabricantes de material para ánodos están planificando activamente la producción de materiales de ánodo de carbono duro.

Los profesionales creen que las baterías de iones de sodio funcionan mejor que las de iones de litio en cuanto a indicadores de rendimiento como la baja temperatura, la seguridad y la carga rápida. Aunque todavía se puede mejorar su densidad energética, vida útil, etc., teniendo en cuenta las ricas fuentes de materiales para las baterías de iones de sodio, siguen teniendo un gran potencial de desarrollo.

Con los avances en tecnologías clave de las baterías de iones de sodio, como los materiales de ánodo de carbono duro, y el rápido crecimiento de la demanda de almacenamiento de energía, los escenarios de aplicación y la escala de las baterías de iones de sodio también se desarrollarán rápidamente.