Analyse des applications du stockage de l'énergie dans les batteries sodium-ion

Selon les prévisions, la nouvelle capacité installée du marché du stockage de l'énergie devrait dépasser 300 GWh en 2025. Le coût des batteries sodium-ion a encore une grande marge de baisse, ce qui devrait améliorer considérablement la rentabilité du stockage de l'énergie et permettre une pénétration rapide dans le domaine du stockage de l'énergie.

En 2025, selon un scénario optimiste, le taux de pénétration des batteries au sodium dans le domaine du stockage de l'énergie devrait passer à 6%/13%. Le taux de pénétration dans le domaine des véhicules électriques à deux roues en tant que batterie de moto devrait augmenter pour atteindre 20%/40%, et la demande mondiale totale de piles au sodium devrait dépasser 30/70GWh.

Le coût théorique des batteries sodium-ion est inférieur, la température de fonctionnement est plus large et les performances sont plus compatibles avec l'environnement de stockage de l'énergie. Son taux de rétention de capacité à -20°C est supérieur à 88%, ce qui signifie que par rapport aux batteries lithium-ion, les batteries sodium-ion peuvent résoudre efficacement le problème de la faible efficacité des centrales de stockage d'énergie dans les régions alpines.

Fonctionnement des batteries sodium-ion

Une batterie sodium-ion est une batterie secondaire à bascule similaire à une batterie lithium-ion. Elle comprend principalement cinq parties : la cathode, l'anode, l'électrolyte, le séparateur et le collecteur de courant. Les difficultés techniques se concentrent sur les matériaux de la cathode et de l'anode. Son principe de fonctionnement est l'intercalation et la désintercalation des ions sodium dans les matériaux de la cathode et de l'anode afin de charger et de libérer de l'énergie.

Lorsque la batterie est chargée, les ions sodium migrent de la cathode vers l'anode à travers le séparateur, une partie des ions sodium de la cathode est désintercalée dans l'électrolyte, et une partie des ions sodium de l'électrolyte est incorporée dans les lacunes du réseau du graphite ou des matériaux à base de carbone dur. Au contraire, pendant la décharge, les ions sodium de l'anode sont désintercalés, les ions sodium de la cathode sont intercalés et les ions sodium migrent de l'anode vers la cathode.

Avantages des batteries sodium-ion pour le stockage de l'énergie

Les batteries sodium-ion sont utilisées pour le stockage de l'énergie et présentent les avantages suivants :

• Elle présente d'excellentes performances à haute et basse température et peut fonctionner dans une large gamme de températures. Elle peut décharger plus de 70% de sa capacité à une basse température de -40°C, et peut être utilisée pour la charge et la décharge cyclique à une haute température de 80°C.
• Travail à haute puissance. Les équipements de stockage d'énergie doivent répondre aux besoins de stockage d'énergie intermittente à grande échelle, tout en présentant les caractéristiques d'une puissance de sortie élevée.
• Écologique et durable. La feuille d'aluminium est utilisée pour les collecteurs de courant de la cathode et de l'anode des piles au sodium. La structure et les composants de la pile sont plus simples et il est plus facile de les recycler et de les réutiliser.

Applications du stockage de l'énergie dans des batteries au sodium

Les applications de stockage d'énergie sont axées sur la durée de vie et la fiabilité. En raison de l'espace relativement important et des conditions de fonctionnement simples, les exigences en matière de densité énergétique sont relativement faibles. Parmi eux, le stockage à grande échelle a des exigences élevées en matière de durée de vie et de fiabilité. Le stockage d'énergie à grande échelle utilise le LCOE (levelized cost of electricity) pour évaluer le coût.

Bien que les batteries sodium-ion soient peu coûteuses, elles ont une faible durée de vie et ne présentent aucun avantage. Le stockage domestique, les ASI et le stockage de l'énergie dans les stations de base ont des exigences relativement faibles pour ces deux indicateurs, en se concentrant sur les coûts d'achat, et des exigences relativement faibles pour la durée de vie du cycle.

Éléments d'évaluation des coûts et principaux facteurs d'influence de chaque scénario

Application de la batterie au sodium au stockage de l'énergie domestique

Le stockage d'énergie domestique a des exigences moindres en matière de durée de vie et de performance, la capacité du système n'est pas importante et le contrôle de la sécurité est plus facile. La capacité de stockage d'énergie domestique de l'attribut To C est de 100 kWh, la capacité est faible et les exigences en matière de durée de vie de la batterie sont relativement basses. L'exigence générale est d'environ 6 000 fois. L'ion sodium s'est déjà rapproché de cette exigence au stade initial de l'industrialisation.

Dans le même temps, le nombre de cellules de stockage d'énergie domestique est faible, souvent 20 à 40 cellules seulement, avec une capacité d'environ 100 Ah, et la puissance globale du système n'est équivalente qu'à 1/10 d'un BEV, ce qui facilite le contrôle de l'homogénéité et de la sécurité.

Dans le domaine du stockage de l'énergie domestique, les exigences en matière de performance et de durée de vie des batteries sont faibles, et le coût d'achat est le principal critère d'évaluation. La durée de vie des batteries sodium-ion peut atteindre 4 000 à 5 000 fois. Dans le domaine du stockage de l'énergie domestique, parce qu'elle n'est pas nécessairement pleine et entière, les dommages causés à la durée de vie de la batterie sont relativement faibles, et la période de garantie est généralement de 10 ans. Calculées en chargeant et déchargeant une fois par jour, les batteries sodium-ion peuvent répondre aux exigences de ce domaine.

Le stockage d'énergie à domicile est peu exigeant en termes de performances des batteries

Dans le même temps, le volume des produits de stockage d'énergie domestique est faible, et le problème de la faible densité d'énergie volumétrique des batteries sodium-ion n'aura pas un grand impact sur le coût et l'espace au sol. Les utilisateurs de systèmes de stockage d'énergie domestique sont plus préoccupés par le coût, de sorte que le coût d'achat des batteries sodium-ion est l'indicateur d'évaluation principal. Avec l'industrialisation des batteries sodium-ion, on s'attend à ce qu'elles remplacent rapidement les batteries lithium-fer-phosphate et les batteries sodium-ion. pile ternaire au lithium dans ce scénario d'application.

Batterie au sodium dans l'application du stockage de l'énergie à grande échelle

Le stockage d'énergie à grande échelle a des exigences élevées en matière de durée de vie et de performance, une grande capacité de système, et il est difficile de contrôler la sécurité et la cohérence. Le stockage d'énergie à grande échelle avec l'attribut To B a une grande capacité d'un seul EPC, qui est au niveau du MWh, et a des exigences élevées en matière de durée de vie et de fiabilité de la batterie.

À l'heure actuelle, la durée d'utilisation prévue du système est de 20 ans, et la durée de vie correspondante de la batterie doit être supérieure à 10 000 fois. La cellule de la batterie du système lithium-fer-phosphate peut atteindre ce niveau grâce à l'ajout de lithium, à l'amélioration de la cathode et à d'autres technologies.

Cependant, la durée de vie des cellules des batteries sodium-ion est de 4 000 à 5 000 fois, ce qui est bien inférieur à celle des batteries lithium-fer-phosphate, et nécessite souvent des remplacements multiples dans les scénarios de stockage à grande échelle. Dans le même temps, le système de stockage à grande échelle comporte un grand nombre de batteries, généralement 3 000 à 4 000, et a une grande capacité de 280Ah+. Lorsqu'un accident de sécurité se produit, la perte globale est importante et il est donc difficile de contrôler la cohérence et la sécurité.

Application des batteries au sodium dans les stations de base et les champs UPS

Les batteries des stations de base et les ASI sont toutes deux utilisées comme sources d'alimentation de secours, avec de faibles exigences en matière de durée de vie, mais des exigences élevées en matière de performance anti-flottante, de taux de décroissance de la puissance et de durée de vie calendaire. Les équipements d'alimentation de secours sont souvent alimentés par le réseau et ne fonctionnent qu'en cas de coupure de courant. En raison de l'importance accordée au coût, les batteries lithium-phosphate de fer en cascade ont souvent été utilisées comme source d'énergie de secours et comme source d'alimentation de secours. Batterie au lithium de l'onduleur dans le passé.

Avec l'amélioration des exigences de performance, CATL a lancé des batteries de 100Ah dans le domaine des stations de base 5G. Dans le scénario UPS, la plage de tension varie considérablement, et CATL a lancé une batterie cylindrique de 20 Ah pour s'adapter aux différentes plages de tension.

Les batteries sodium-ion ont une longue durée de vie et devraient répondre à ce scénario d'application. Par conséquent, à l'instar de la logique d'application du stockage de l'énergie domestique, une fois que la réduction des coûts à grande échelle aura été réalisée, on s'attend à un remplacement rapide dans ce domaine.