Sodium-ion vs lithium - la batterie sodium-ion sera industrialisée
Les piles au sodium et au lithium sont en concurrence
Les piles au lithium et au sodium, la proximité de ces deux éléments dans le tableau périodique, détermine leurs propriétés chimiques similaires. La recherche sur ces deux types de batteries a commencé presque en même temps, jusqu'à ce que la batterie au lithium devienne la coqueluche de l'industrie des batteries. La première batterie lithium-ion fonctionnelle fabriquée en combinant une électrode négative en carbone mou et une électrode positive en oxyde de cobalt et de lithium a été commercialisée pour la première fois au Japon dans les années 1990.
Toutefois, en raison de leur plus grand rayon que les batteries lithium-ion, les batteries sodium-ion sont dépassées par les batteries lithium en ce qui concerne des caractéristiques importantes telles que la densité énergétique et la durée de vie. Parallèlement, les experts étudient l'industrialisation des batteries au lithium en Chine, ce qui a favorisé la recherche sur les batteries au lithium dans le domaine des véhicules électriques domestiques. Alors que les applications commerciales des batteries au lithium s'accélèrent, la recherche sur les batteries sodium-ion est en plein essor et les progrès sont encore lents.
En 2000, on a découvert que les ions sodium avaient de bonnes propriétés d'intercalation dans les matériaux d'anode en carbone dur. Toutefois, cette découverte n'a pas immédiatement déclenché la production en masse de batteries sodium-ion. C'est évident, Top 100 du lithium Les fabricants qui n'ont pas encore subi une forte augmentation de la pression sur les coûts n'ont pas la motivation nécessaire pour trouver d'autres voies, et les batteries au sodium sont silencieuses.
Après 2010, le développement rapide de l'électronique grand public en aval, du matériel intelligent, des véhicules électriques et d'autres domaines a créé une énorme demande de batteries au lithium, et certains scientifiques ont prévu une pénurie de ressources en lithium. En fait, l'élément lithium des piles au lithium n'est abondant que dans la croûte terrestre (0,0065%), ce qui n'est même pas aussi bien que les éléments nickel et cobalt des piles, et la plupart d'entre eux sont distribués sur le continent américain. En revanche, le sodium (2,75%) est beaucoup plus riche et les réserves sont mieux réparties.
Le coût des éléments représente une grande partie du coût des batteries. Lorsque la fabrication à grande échelle continuera à dépasser les limites, les pénuries de ressources exerceront une pression énorme sur les coûts de la chaîne industrielle. Les scientifiques espèrent remplacer le cobalt, le nickel et le lithium par du sodium moins cher, tout en offrant des performances comparables, de sorte que les batteries sodium-ion sont revenues dans le domaine de la commercialisation des technologies.
L'industrialisation de la batterie sodium-ion se met progressivement en place
Les performances globales n'ayant pas encore rattrapé celles des batteries au lithium, les batteries au sodium ne conviennent actuellement qu'aux deux-roues à faible vitesse, aux voitures particulières de classe A00 et aux systèmes de stockage d'énergie de faible et moyenne capacité. La densité énergétique actuelle des batteries au sodium peut atteindre 145 Wh/kg, soit environ trois fois celle des batteries plomb-acide. La densité énergétique des batteries au phosphate de fer-lithium et des batteries ternaires au lithium peut atteindre plus de 160 Wh/kg.
En termes de durée de vie, selon les différentes conditions de température, le phosphate de fer lithié peut atteindre 3000 à 10000 fois, et la durée de vie de la batterie sodium-ion est d'environ 1000 à 4000 fois. Toutefois, pour promouvoir les batteries sodium-ion à plus grande échelle, les performances actuelles doivent sans aucun doute être améliorées. La raison en est que ces scénarios d'application ont généralement un seuil de durée de vie. Par exemple, les véhicules électriques ont besoin d'une durée de vie de 2 000 fois, et le seuil pour le stockage d'énergie à grande échelle est d'environ 5 000 fois.
La stabilité du cycle des batteries au sodium est médiocre et la valeur limite maximale doit être améliorée. En outre, la promotion à grande échelle doit tenir compte du coût. Le coût de production théorique extrêmement bas ne signifie pas nécessairement qu'il peut être atteint. Le coût de fabrication réel dépend également de la poursuite de la réduction de la production à grande échelle. Ce n'est que lorsque la capacité de production sera progressivement augmentée pour dépasser l'échelle du GWh que l'avantage en termes de coût des matériaux des batteries sodium-ion apparaîtra.
Bien que les bicyclettes à deux roues soient inférieures à A00 et au stockage d'énergie en termes d'exigences techniques, les véhicules électriques A00 sont plus faciles à promouvoir en termes d'acceptation du prix, alors que les bicyclettes à deux roues sont plus sensibles au prix. Les batteries au lithium et au sodium ont des structures de chaîne industrielle et des processus de production similaires, et l'expérience d'industrialisation des batteries au lithium-ion peut servir de référence.
La Chine possède la plus grande chaîne industrielle de batteries au lithium avec la technologie la plus complète, et le système de batterie lithium-ion existant peut être utilisé pour la production de certains matériaux de batterie. Par exemple, la méthode de préparation de l'électrolyte est similaire à celle de la batterie lithium-ion, à la seule différence que la matière première remplace le carbonate de lithium par du sel de sodium, et les principales entreprises d'électrolyte maîtrisent également les réserves techniques de l'électrolyte sodium-ion.
En outre, les avantages d'échelle et l'expérience technique permettent aux fabricants transfrontaliers de piles au lithium d'utiliser leur expertise industrielle pour améliorer la chaîne industrielle des piles sodium-ion et accélérer la construction, la mise en service et la montée en puissance des lignes de production. C'est pourquoi, fabricants de batteries sodium-ion devraient être plus rapides dans l'efficacité de l'itération des performances, et peuvent s'ajuster et s'adapter aux besoins en aval plus rapidement après la vérification du marché. La CATL encourage également l'industrialisation des batteries sodium-ion en 2023.
Quel est l'avenir des batteries sodium-ion ?
Selon que la batterie sodium-ion peut s'adapter avec succès aux besoins en aval et se lancer dans la production de masse, la vérification commerciale n'est que la première étape, et il est encore nécessaire de réaliser rapidement des itérations de performance. D'autre part, le maintien de l'avantage de coût des batteries au lithium dépend des efforts de réduction des coûts des batteries sodium-ion, comme le montre la décision de Transimage d'augmenter l'échelle de sa capacité de production.
Elle est également influencée par l'évolution du prix des ressources en lithium, c'est-à-dire par la question de savoir si la batterie sodium-ion peut encore conserver son avantage en termes de rentabilité lorsque le prix du sel de lithium diminue. HiNa BATTERY prévoit d'augmenter encore la densité énergétique des batteries sodium-ion à 180-200 Wh/kg, tout en augmentant la durée de vie de 8 000 à 10 000 fois. Compte tenu de la durée de vie actuelle, les batteries sodium-ion ne conviennent qu'à certains véhicules électriques à faible vitesse, aux stations de base de communication, aux centres de données et à d'autres domaines de stockage d'énergie de petite et moyenne taille.
Si le taux de pénétration dans ces domaines peut être porté à 20%-30% à l'avenir, selon les calculs d'Industrial Securities, la capacité installée des batteries sodium-ion atteindra environ 32,6 GWh en 2025. En supposant que le taux de pénétration puisse atteindre 100%, selon les données d'EVTank, l'espace de marché théorique peut atteindre 369,5GWh en 2026, et la taille du marché peut atteindre 150 milliards de RMB.
Le processus de développement de l'énergie au sodium montre qu'en misant uniquement sur un itinéraire technique pour les batteries au lithium, le développement de nouvelles sources d'énergie à l'avenir pourrait encore se heurter à des pénuries de ressources. L'avantage de la promotion des batteries au sodium est de relâcher la pression de l'offre des batteries au lithium pour les scénarios de consommation d'énergie haut de gamme, et de répondre aux besoins de capacité installée d'autres domaines en aval à l'aide d'avantages à faible coût.
