¿Qué es la batería de iones de sodio?

Una batería de iones de sodio es una batería recargable que consta de un electrodo positivo, un electrodo negativo, un electrolito, un líquido colector y un diafragma. Utiliza iones de sodio (Na+) como portador de carga en lugar de iones de litio convencionales (Li+) y funciona principalmente moviendo iones de sodio entre los electrodos positivo y negativo. Funciona de manera muy similar a las baterías de iones de litio, incluso la estructura interna de la batería es básicamente la misma, tienen dos electrodos (uno positivo y otro negativo) separados por un electrolito. Durante la carga, los iones de sodio pasan del electrodo positivo a través del electrolito al electrodo negativo y se almacenan allí. Durante el proceso de descarga, los iones de sodio regresan al electrodo positivo y generan corriente. En otras palabras, el ion sodio es reemplazado por el ion litio. Las baterías de iones de sodio son atractivas porque utilizan recursos de sodio abundantes y económicos, mientras que el litio es un metal relativamente raro y caro.

Uno de los desafíos de las baterías de iones de sodio es que los iones de sodio son más grandes que los iones de litio, lo que significa que los materiales utilizados en las baterías deben poder acomodar el tamaño mayor de los iones de sodio. Esto requiere encontrar electrodos y electrolitos adecuados. Se están realizando investigaciones para desarrollar nuevos materiales y optimizar el rendimiento de las baterías de iones de sodio.

1.How ¿funcionan las baterías de iones de sodio?

Las baterías de iones de sodio funcionan mediante el movimiento de iones de sodio entre dos electrodos, un electrodo positivo (cátodo) y un electrodo negativo (ánodo), a través de un electrolito.

Durante la carga, la batería está conectada a una fuente de energía y el movimiento de los electrones en el circuito externo hace que los iones de sodio migren del cátodo al ánodo. Al mismo tiempo, los electrones se transfieren del cátodo al ánodo a través del circuito externo. El material del ánodo suele estar hecho de un material que puede intercalar (es decir, insertar y eliminar) iones de sodio, como el grafito, mientras que el material del cátodo suele ser un óxido metálico, como el óxido de cobalto y sodio (NaCoO2).

Durante la descarga, la batería se desconecta de la fuente de energía y los iones de sodio regresan al cátodo a través del electrolito, creando un flujo de electrones en el circuito externo. La cantidad de energía que se puede almacenar y liberar depende de los materiales utilizados en la batería, el tamaño y la superficie de los electrodos y otros factores.

2.Sodium ventajas y desventajas de la batería de iones

Las baterías de iones de sodio tienen varias ventajas y desventajas en comparación con otros tipos de baterías recargables, como las de iones de litio. Estas son algunas de las principales ventajas y desventajas de las baterías de iones de sodio:

Ventajas:

a. Abundante y económico. El sodio es más abundante y más barato que el litio, lo que tiene el potencial de hacer que las baterías de iones de sodio sean más rentables.

b. Bajo riesgo. En comparación con otras químicas de baterías, las baterías de iones de sodio tienen un menor riesgo de fuga térmica, lo que puede hacerlas más seguras de usar.

c. Impacto ambiental. Las baterías de iones de sodio tienen un impacto ambiental menor que otras baterías químicas porque el sodio es más abundante y menos tóxico que otros metales.

d. Velocidad de carga muy rápida, se dice que a temperatura ambiente con solo 15 minutos de carga, la potencia puede alcanzar 80%.

e. El rango de temperatura de funcionamiento de las baterías de sodio también es muy grande y pueden tener una tasa de retención de descarga de más de 90% en un ambiente de baja temperatura de -20℃.

Desventajas:

a. Baja densidad de energía. El mayor defecto de las baterías de sodio es la baja densidad de energía; algunos datos muestran que la densidad de energía del monómero de la batería de iones de sodio es 100-150wh/kg, menor que el límite inferior de 180wh/kg en los estándares de requisitos de la industria china, lo que significa que en el mismo rango de dos baterías, las baterías de sodio son más grandes y pesadas que las baterías de litio.

El modelo Tesla 3 actualmente utiliza una densidad de energía de batería de litio ternaria de 260Wh/kg, la densidad de energía de la batería 4680 de tercera generación de Tesla puede alcanzar 330Wh/kg. la densidad de energía de la batería de iones de sodio es incluso menos de la mitad, la densidad de energía, determine el mismo peso, el mismo volumen, cuyo paquete de batería puede durar más. Cómo mejorar la densidad energética de las baterías de iones de sodio, que es un problema importante al que se enfrentan muchas empresas. Si el problema de la densidad de energía no puede avanzar radicalmente, al menos en el futuro durante mucho tiempo no será posible reemplazar completamente la batería de litio.

b. Mayor tamaño y peso. Debido a que los iones de sodio son más grandes que los iones de litio, esto significa que los materiales utilizados en las baterías deben poder acomodar tamaños más grandes de iones de sodio, y las baterías de iones de sodio pueden requerir electrodos y electrolitos más grandes, lo que puede hacerlas más grandes y pesadas que las baterías de iones de litio.

Hay tres tipos de materiales catódicos disponibles para baterías de iones de sodio: materiales tipo óxido de capa, polianión y azul de Prusia. Por ejemplo, la batería de sodio de primera generación de Ningde Time utiliza materiales similares al azul de Prusia, que son de bajo costo, fáciles de sintetizar, altamente diseñables y tienen una alta capacidad teórica de gramos y rendimiento multiplicador, pero tienen las desventajas de una eliminación difícil del agua, un ciclo de vida bajo, un rendimiento real deficiente del multiplicador, una densidad de energía aparente baja, una polarización de voltaje grande y riesgo de fuga térmica.

El problema más fatal es el proceso de producción y procesamiento, si no se maneja adecuadamente es extremadamente fácil que se forme agua cristalina, y este problema actualmente es difícil de resolver. Se dice que Ningde Times ha suspendido el desarrollo de baterías de iones de sodio con materiales similares al azul de Prusia y ahora está tratando de alcanzar la producción en masa con óxidos en capas y materiales polianiónicos. La estructura cristalina de la capa de óxido es similar al material del cátodo ternario, cuyas ventajas son alta densidad de energía, excelente rendimiento cíclico, buen rendimiento multiplicador, las desventajas son poca estabilidad en el aire, la suspensión es fácil de gelatinizar y la capacidad de gramos es inestable. Los materiales polianiónicos, por otro lado, son reconocidos por su alto ciclo de vida, alto voltaje operativo teórico y buena estabilidad térmica, con las desventajas de una baja densidad de energía y un alto costo de materia prima.

c. Rendimiento y estabilidad. Las baterías de iones de sodio aún se encuentran en las primeras etapas de desarrollo y es posible que su rendimiento y estabilidad no se comprendan tan bien como otras químicas de baterías, como las de iones de litio. También se desconoce el costo real de la continuación y cuál será la experiencia en el mundo real. Es más, aunque el carbonato de litio es actualmente muy caro, su mercado fluctúa y una vez que veamos un gran avance en las baterías de iones de sodio, seguramente habrá una reducción de precio significativa y las baterías de sodio perderán cualquier ventaja.

En general, las baterías de iones de sodio son una dirección de investigación y desarrollo, pero se necesita más investigación y desarrollo para mejorar su rendimiento y abordar sus limitaciones. Las baterías ternarias de litio y las baterías de fosfato de hierro y litio seguramente seguirán siendo las baterías convencionales durante mucho tiempo.

Baterías de iones 3.Sodium frente a baterías de iones de litio

Las baterías de iones de sodio y las de iones de litio son tipos de baterías recargables, pero tienen algunas diferencias clave en su química y rendimiento. Estas son algunas de las principales diferencias entre las baterías de iones de sodio y las baterías de iones de litio:

a. Materiales: las baterías de iones de sodio utilizan iones de sodio como portadores de carga, mientras que las baterías de iones de litio utilizan iones de litio. El sodio es más abundante y menos costoso que el litio, lo que potencialmente podría hacer que las baterías de iones de sodio sean más rentables.

b. Densidad de energía: las baterías de iones de litio suelen tener una mayor densidad de energía que las baterías de iones de sodio, lo que significa que pueden almacenar más energía en un volumen o peso determinado. Esto hace que las baterías de iones de litio sean más adecuadas para dispositivos portátiles donde el tamaño y el peso son importantes.

c. Rendimiento: las baterías de iones de litio se han investigado y desarrollado exhaustivamente y, en general, tienen mejor rendimiento y estabilidad que las baterías de iones de sodio. Las baterías de iones de sodio aún se encuentran en las primeras etapas de desarrollo y aún no se comprenden bien su rendimiento y estabilidad.

d. Seguridad: Las baterías de iones de sodio tienen un menor riesgo de fuga térmica en comparación con algunas baterías de iones de litio, lo que puede hacerlas más seguras de usar.

e. Impacto ambiental: las baterías de iones de sodio tienen un impacto ambiental menor que algunas baterías de iones de litio porque el sodio es más abundante y menos tóxico que el litio.

f. Ciclo de vida. El ciclo de vida actual de las baterías de iones de sodio es mucho menor que el de las baterías de iones de litio, lo que sin duda aumentará la cantidad de mantenimiento y reemplazo de las baterías de iones de sodio en uso. Las baterías de sodio generalmente están entre 1000-3000 veces. Por el contrario, el ciclo de vida de las baterías de fosfato de hierro y litio es de entre 3000-10000 veces.

En general, en comparación con la industria de baterías de litio más madura, la industria de baterías de sodio está lejos de la formación de producción en masa a gran escala, actualmente existe una cadena industrial que no es un cuello de botella sólido, lo que resulta en las baterías de iones de sodio actuales que los precios del fosfato de hierro y litio también son altos.

Los expertos de la industria dijeron lo siguiente: “Ya sea que se trate de almacenamiento de energía u otras áreas, las baterías de iones de sodio en esta etapa son difíciles de reemplazar completamente las baterías de litio, porque las áreas de aplicación entre las dos son complementarias, el mercado actual para el posicionamiento de las baterías de iones de sodio es una alternativa potencial a las baterías de iones de litio, es un complemento a las baterías de litio, en lugar de un reemplazo”.

Tecnología energética Co., LTD de Luoyang Tianhuan

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