1.Introdução à Informação Básica
baterias de íons de sódio são baterias recarregáveis que dependem principalmente do movimento de íons de sódio (Na+) entre os eletrodos positivo e negativo para funcionar, semelhante ao princípio de funcionamento das baterias de íons de lítio. Durante o processo de carga e descarga, o Na+ transita entre os dois eletrodos: durante a carga, o Na+ é desintercalado do eletrodo positivo e intercalado no eletrodo negativo através do eletrólito e, durante a descarga, o processo é invertido.
Pesquisa sobreBateria de íons de sódiocomeçou por volta da década de 1980. Nos estágios iniciais, materiais de eletrodos como MoS2, TiS2 e NaxMO2 mostraram desempenho eletroquímico insatisfatório, levando a um lento progresso no desenvolvimento. Encontrar materiais de eletrodos adequados para armazenamento de íons de sódio é um dos principais desafios para aplicações práticas de baterias de íons de sódio.Desde 2010, uma série de materiais de eletrodos positivos e negativos foi projetada e desenvolvida com base nas características de baterias de íons de sódio, levando a melhorias significativas na capacidade e no ciclo de vida. Materiais como carbono duro para o eletrodo negativo, metais de transição e suas ligas, e materiais como compostos polianiônicos, análogos do azul da Prússia e óxidos para o eletrodo positivo, especialmente NaxMO2 em camadas (M = Fe, Mn, Co, V, Ti) e seus derivados binários e ternários, demonstraram excelente capacidade de carga e descarga e estabilidade de ciclo.
2.A situação atual da indústria de baterias de sódio
Em termos do processo de produção, a fabricação debaterias de íons de sódio é semelhante ao das baterias de íons de lítio. Envolve principalmente a fabricação de eletrodos (preparação de pastas para eletrodos positivos e negativos, secagem, revestimento, calandragem, corte......), montagem de células (laminação, corte, enrolamento/empilhamento, selagem......), teste (formação, classificação de capacidade, etc.). A principal diferença reside no fato de quebaterias de íons de sódio pode usar folha de alumínio como coletor de corrente para o eletrodo negativo, o que permite que os eletrodos positivos e negativos utilizem as mesmas abas de alumínio, simplificando os processos relacionados, como a soldagem de abas. Como resultado, as linhas de produção de montagem de baterias de íons de lítio existentes podem ser ligeiramente modificadas para produzir baterias de íons de sódioe o custo da transição paraBateria de íons de sódio a produção é relativamente baixa.
3. Vantagens e desvantagens de Baterias de sódio:
Vantagem 1: Recursos Abundantes
• Recursos abundantes de sódio: O sódio é abundante na crosta terrestre, com abundância de 2,3%, classificando-se como o sexto elemento mais abundante, significativamente superior ao lítio, que tem abundância de 0,0017%. De acordo com o especialista, os recursos de lítio atualmente explorados em todo o mundo só podem atender à demanda por 1,48 bilhão de veículos elétricos, destacando a crescente pressão da escassez de recursos de lítio com a eletrificação global acelerada.
• Distribuição mais uniforme dos recursos de sódio: De acordo com o relatório de 2019 do Serviço Geológico dos Estados Unidos, três países sul-americanos, Argentina, Chile e Bolívia, detêm 52,10% dos recursos globais de lítio, enquanto os recursos de lítio da China respondem por apenas 7,26%, indicando uma distribuição altamente desigual de recursos. A China depende de importações para mais de 60% de suas matérias-primas de lítio necessárias, resultando em um alto nível de dependência externa. Em contraste, o sódio está amplamente presente na forma de sais em ambientes terrestres e marinhos, tornando-o facilmente acessível.
Vantagem 2: Baixo custo
As vantagens de custo debaterias de íons de sódio são refletidos principalmente nos seguintes aspectos:Os sais de sódio substituem os sais de lítio. O preço do sódio metálico é de CNY19.000 por tonelada, e o preço do carbonato de sódio é de CNY3.000 por tonelada, significativamente menor do que os CNY2,98M por tonelada para lítio metálico e CNY484.000 por tonelada para carbonato de lítio. Os preços das matérias-primas são muito mais baratos.
A folha de alumínio substitui a folha de cobre. Supondo que a folha de cobre custe CNY110.000 por tonelada e a folha de alumínio custe CNY40.000 por tonelada, e assumindo que 1 GWh de baterias de lítio requer 622 toneladas de folha de cobre e 400 toneladas de folha de alumínio, enquanto 1 GWh deBateria de íons de sódios requer 800 toneladas de folha de alumínio, o custo do coletor de corrente Wh único para baterias de lítio é CNY0.084 e para baterias de sódio, é CNY0.032, resultando em uma redução de custo de CNY0.052/Wh.
Espera-se que o ânodo de grafite seja substituído por carvão antracito para reduzir os custos. De acordo com dados da Hina Sodium, o custo do material debaterias de íons de sódio é de cerca de CNY0.37 / Wh, o que é significativamente melhor do que os sistemas de bateria de ferro fosfato e lítio ternário.
Vantagem 3: Alta segurança
Bateria de íons de sódio possuem desempenho de segurança superior em comparação com outros tipos de bateria:•Baterias de íons de sódio têm maior resistência interna, resultando em correntes mais baixas durante curtos-circuitos e menos aquecimento instantâneo.
• A voltagem padrão do lítio é maior, tornando-o mais propenso a perder elétrons em uma solução aquosa. Portantobaterias de íons de sódio apresentam maior estabilidade.
• Depois de passar por testes como curto-circuito, punção e compressão,baterias de íons de sódio não mostram sinais de ignição ou explosão. Por outro lado, as baterias de íons de lítio são suscetíveis à descarga excessiva, levando à dissolução de folhas de cobre e à deterioração irreversível da capacidade.baterias de íons de sódio não tenha problemas de descarga excessiva, pois o eletrodo positivo pode ser descarregado a 0V sem afetar o uso subsequente, aumentando assim a segurança da bateria durante o armazenamento e transporte. Adicionalmente baterias de íons de sódio tendem a passivar e desativar durante a fuga térmica, resultando em melhor desempenho de segurança durante os testes de segurança.
Vantagem 4: Excelente Desempenho em Baixa Temperatura e Capacidade de Alta Taxa
• Capacidade de alta taxa:baterias de íons de sódio exibem excelente energia de solvatação menor do que as baterias de íons de lítio, levando a uma capacidade de difusão de íons de interface mais forte. O menor raio de Stokes dos íons de sódio, combinado com maior condutividade iônica dos eletrólitos de sal de sódio na mesma concentração em comparação com os eletrólitos de sal de lítio, resulta em melhor desempenho de carregamento rápido. De acordo com dados da CATL,baterias de íons de sódio podem carregar até 80% em 15 minutos, enquanto a Hina Sodium afirma que suas baterias podem atingir 90% de carga em 12 minutos, ambas superando significativamente o tempo de carregamento de 30 minutos para 80% para baterias normais de íons de lítio.
• Excelente desempenho em baixas temperaturas: A alta condutividade iônica de baterias de íons de sódio permite requisitos de concentração de eletrólitos mais baixos, resultando em menor viscosidade do eletrólito em baixas temperaturas em comparação com as baterias de íons de lítio. No geral, isso melhora o desempenho da bateria em baixas temperaturas.Baterias de íons de sódio pode operar dentro de uma faixa de temperatura normal de -40 ° C a 80 ° C, e alguns produtos podem manter cerca de 88% de sua capacidade a -20 ° C, o que é significativamente melhor do que a retenção de capacidade de 60-70% das baterias LFP na mesma temperatura.
Desvantagens: O ciclo de vida e a densidade de energia precisam ser melhorados
• Ciclo de vida: Atualmente, o ciclo de vida geral debaterias de íons de sódioé de cerca de 2000 ciclos, um pouco menor do que as baterias LFP. Ainda há alguma lacuna em comparação com certas baterias LFP usadas em aplicações de armazenamento de energia, que podem exceder 5000 ciclos.
• Densidade de energia: A densidade de energia do inovadorBateria de íons de sódiocélulas de empresas como a Natrium Innovations é superior a 130 Wh/kg, enquanto outras empresas como a LiFun Energy alcançaram 140 Wh/kg, e os produtos da Hina Sodium têm uma densidade de energia de 145 Wh/kg. No entanto, ainda há espaço para otimização adicional para aumentar a densidade de energia debaterias de íons de sódio.
Bateria de íons de sódioCenários de aplicação:
