La batterie sodium-ion est-elle meilleure que la batterie lithium ?
La batterie sodium-ion est un nouveau type de batterie. Mais le principe de la batterie sodium-ion et de la batterie lithium-ion est similaire, il s'agit également d'une batterie secondaire. Après avoir entendu cela, vous voudrez peut-être savoir si la batterie sodium-ion est meilleure que la batterie lithium-ion étant donné que la batterie sodium-ion est plus récente.
Le principe de la batterie sodium-ion
En fait, le sodium et le lithium appartiennent au même groupe principal d'éléments, et leurs comportements de charge et de décharge sont similaires. Lors du processus de charge, les ions sodium de la batterie sont libérés de la cathode et intégrés dans l'anode. Plus il y a d'ions sodium dans l'anode, plus la capacité de charge est élevée. Lors de la décharge, le processus inverse se produit, plus les ions sodium retournent à l'anode, plus la capacité de décharge est élevée. La structure de la batterie à ions sodium est similaire à celle de la batterie à ions lithium, mais en raison du grand rayon de l'ion sodium, la structure en couches régulières des matériaux de l'anode et de la cathode est préférable. La conception de l'espacement des couches est un paramètre clé qui affecte les performances de la batterie à ions sodium.
Matériau pour batterie sodium-ion
Tout comme la structure de la batterie lithium-ion, la batterie sodium-ion est également composée d'un matériau d'anode, d'un matériau d'anode, d'un fluide collecteur, d'un séparateur et d'un électrolyte. Les matériaux de la cathode comprennent principalement des oxydes de métaux de transition et des composés de Prusse. Les matériaux de l'anode sont principalement des composés métalliques, des matériaux à base de carbone et des alliages. Outre les matériaux de l'anode et de la cathode, le collecteur joue un rôle important en tant que matériau transportant les activités de l'anode et de la cathode et collectant les électrons. Les batteries à ions sodium fonctionnent de la même manière que les batteries à ions lithium, mais le cation qui circule dans l'électrolyte est le sodium plutôt que le lithium. Contrairement au lithium, le sodium ne subit pas d'alliage électrochimique avec l'aluminium à température ambiante, de sorte que les agrégats de cuivre peuvent être remplacés par de l'aluminium moins cher. Le séparateur peut être le même que celui d'une batterie lithium-ion.
Évolution et perspectives des batteries sodium-ion
Le développement des batteries sodium-ion s'est poursuivi au cours des dernières décennies, en particulier pour les applications de stockage d'énergie stationnaire. En raison de leur faible coût, les batteries sodium-ion ont un grand potentiel de développement.
Les débuts : ils ont commencé dans les années 1970, principalement pour des scénarios de stockage d'énergie.
La recherche sur les batteries sodium-ion et les batteries lithium-ion a commencé dans les années 1970. Toutefois, en raison des exigences plus élevées en matière de recherche sur les batteries sodium-ion et du fort intérêt des gens pour les batteries lithium-ion, la recherche sur les batteries sodium-ion s'est développée lentement dans un premier temps. À cette époque, la recherche sur les batteries sodium-ion se concentrait principalement sur les batteries sodium-soufre, qui ont été proposées pour la première fois par la société Ford aux États-Unis. En raison de ses avantages évidents en termes de faible coût, elle a été largement étudiée et appliquée dans les systèmes de stockage d'énergie à grande échelle.
Moyen terme : respect de l'environnement et faible coût, ont commencé à attirer l'attention.
La batterie sodium-ion a été remarquée principalement pour les raisons suivantes : 1) la pollution environnementale des batteries au plomb ne peut être ignorée : bien que la pollution solide et gazeuse des batteries au plomb puisse être éliminée, la pollution par les ions de métaux lourds solubles dans l'eau ne peut être évitée ; 2) les ressources mondiales en lithium sont limitées et inégalement réparties, de sorte que son coût est élevé et qu'elle entraînera une dépendance énergétique ; 3) l'avantage en termes de coût de la batterie sodium-ion. Actuellement, le prix des matières premières pour les batteries lithium-ion ne cesse d'augmenter. Le sodium étant facile à obtenir, l'avantage en termes de coût de la batterie sodium-ion est évident.
Actuel : La batterie à ions sodium a été progressivement commercialisée et appliquée.
La recherche chinoise sur la technologie des batteries sodium-ion est aujourd'hui à l'avant-garde mondiale. Plusieurs entreprises ont déjà accompli des progrès dans la recherche sur les batteries sodium-ion. CATL a récemment mis sur le marché sa première génération de batteries sodium-ion, qui a surmonté certains des inconvénients initiaux, avec une densité énergétique élevée et une résistance aux basses températures. Ces dernières années, avec l'augmentation de la demande de stockage d'énergie, la demande de technologie de batterie de stockage d'énergie à faible coût, telle que la batterie sodium-ion, devient de plus en plus urgente. Par conséquent, les batteries sodium-ion pourraient être largement utilisées à l'avenir.
Les batteries sodium-soufre à haute température et les batteries sodium-ion à température ambiante sont les nouvelles batteries à base de sodium qui se sont développées rapidement ces dernières années et qui ont de bonnes perspectives d'application dans les centrales électriques stationnaires de stockage d'énergie. Les batteries sodium-ion, en particulier, ont un principe de fonctionnement, une structure et un système de matériaux d'anode similaires à ceux des batteries lithium-ion. Bien que la densité énergétique de la batterie sodium-ion soit plus faible, elle a une énergie et une puissance plus élevées que la batterie plomb-acide, et son prix est bas. Elle présente de bonnes perspectives de développement dans le domaine du stockage des nouvelles énergies et des véhicules électriques.
Avantages et inconvénients de la batterie sodium-ion
Faible densité énergétique
Les batteries sodium-ion ont une densité énergétique similaire à celle des batteries nickel-métal-hydrure, mais moins élevée que celle des batteries lithium-ion. La densité énergétique de la première génération de batteries sodium-ion, développée indépendamment par CATL comme nous l'avons déjà mentionné, a fait une grande percée et s'est développée sur la base de la batterie sodium-ion traditionnelle, atteignant 160 Wh/kg. Il s'agit d'une densité énergétique similaire à celle des batteries lithium-fer-phosphate. Cependant, comparée à la batterie ternaire au lithium, qui a une densité énergétique plus élevée, la batterie à ions sodium n'est pas encore assez performante.
Meilleure performance de la charge rapide
La performance de charge rapide de la batterie à ions sodium est meilleure que celle de la batterie à ions lithium. Le diamètre de stokes de l'ion sodium est plus petit que celui de l'ion lithium, et l'électrolyte avec la même concentration a une conductivité ionique plus élevée que l'électrolyte lithium, ou l'électrolyte avec une concentration plus faible peut atteindre la même conductivité ionique, et la performance de remplissage rapide est bonne. Bien que le rayon de l'ion sodium soit plus grand que celui de l'ion lithium, il est difficile de l'intégrer dans la structure cristalline de l'électrode, ce qui entraîne une vitesse de déplacement lente, qui doit être améliorée en modifiant les caractéristiques du matériau de l'anode. Par conséquent, la recherche est plus difficile que pour les batteries lithium-ion, et l'utilisation commerciale n'a pas été généralisée ces dernières années.
Les performances en matière de sécurité sont relativement stables
Les performances électrochimiques des batteries sodium-ion sont relativement stables, elles sont faciles à passivées et désactivées dans le processus d'emballement thermique, et les performances des tests de sécurité sont meilleures que celles des batteries lithium-ion. Toutefois, cette question n'est abordée qu'en termes de propriétés des matériaux. En ce qui concerne les batteries au lithium-ion, qui ont été largement utilisées dans divers équipements électroniques et électriques, la sécurité des batteries au lithium-ion peut être garantie tant qu'il s'agit de produits de batterie qualifiés fabriqués par des fabricants réguliers et utilisés de la bonne manière.
Application de la batterie sodium-ion
Actuellement, en raison d'une technologie immature et d'une chaîne industrielle incomplète qui doit être améliorée, le système de batterie sodium-ion a une faible efficacité de production et une mauvaise cohérence des produits, et son coût de production est sensiblement plus élevé que celui de la batterie lithium-ion, ce qui compense dans une certaine mesure l'avantage du coût des matériaux. En outre, comme nous l'avons déjà mentionné, sa densité énergétique est inférieure à celle des batteries au lithium-ion, ce qui explique qu'elle n'ait pas été largement utilisée. Avec l'amélioration progressive de la chaîne industrielle, ainsi que l'amélioration de la technologie et des performances de la batterie, l'avantage en termes de coût de la batterie sodium-ion sera progressivement mis en évidence.
En conclusion, les batteries sodium-ion présentent un avantage évident en termes de coût (après une industrialisation à grande échelle) et sont comparables au phosphate de fer-lithium en termes de durée de vie et de sécurité. Elles ne sont pas moins performantes que les différents types de batteries lithium-ion en termes de taux de rendement et de performances à haute et basse température.
Il convient donc aux scénarios d'application exigeant une faible densité énergétique, une grande sensibilité aux coûts ou une durée de vie élevée, tels que les véhicules électriques légers, les véhicules à énergie nouvelle ayant une endurance moyenne ou faible (moins de 300 km), l'alimentation de secours, l'alimentation des stations de base, le stockage de l'énergie électrique, les engins de construction, les véhicules industriels, etc.
À l'heure actuelle, la batterie sodium-ion en est encore au premier stade de l'industrialisation, et il est impossible de remplacer la batterie lithium-ion avant longtemps. Elles sont plus complémentaires et répondent aux besoins d'application de différents segments de marché.
