Natrium-Ionen-Batterien werden oft als Alternative zu Lithium-Ionen-Batterien genannt. In den letzten sechs Monaten, Die deutliche Erholung der Rohstoffpreise für Lithium-Ionen-Batterien könnte zu einem Anstieg der Preise für Lithium-Ionen-Batterien führen. In der Zwischenzeit, Natriumionenbatterien bewegen sich allmählich vom Laborstadium in die frühen Stadien der Kommerzialisierung. Diese kombinierten Faktoren haben Natrium-Ionen-Batterien zunehmend in den Fokus der Öffentlichkeit gerückt. Nächste, Wir werden uns diese beiden Batterietypen anhand eines vielschichtigen Vergleichs von Natriumionen- und Natriumionenbatterien genauer ansehen Litium-Ionen-Batterie.
Grundprinzipien und Struktur
Grundprinzip
Sowohl Natrium-Ionen-Batterien als auch Lithium-Ionen-Batterien basieren auf a “Schaukelstuhl” Lade-Entlade-Mechanismus. (Für ein detailliertes Verständnis des Funktionsprinzips von Natrium-Ionen-Batterien, bitte klicken: Wie funktioniert die Natriumionenbatterie??) Während des Ladevorgangs, Alkalimetallionen (Li⁺ oder Na⁺) werden aus der positiven Elektrode extrahiert und durch den Elektrolyten in die negative Elektrode eingebettet; der Entladevorgang ist umgekehrt. Jedoch, die Unterschiede in den physikalisch-chemischen Eigenschaften der Ionen selbst (wie etwa der Ionenradius, Standardelektrodenpotential, und Masse) sind die Hauptursache für ihre Unterschiede.
Der Ionenradius von Na⁺ (Natriumion) Ist 1.02 Oh, und der Ionenradius von Li⁺ (Lithium-Ionen) Ist 0.76 Oh. Na⁺ ist größer als Li⁺, Daher ist es schwieriger, es in die Kristallstruktur einzubetten/extrahieren, was leicht zu größeren Strukturvolumenänderungen führt.
Das Standardelektrodenpotential von Na⁺ (Natriumion) Ist -2.71 V (vs. SIE), und das Standardelektrodenpotential von Li⁺ (Lithium-Ionen) Ist -3.04 V (vs. SIE). Das Potenzial von Na⁺ ist höher, Dies führt dazu, dass die Betriebsspannung und Energiedichte von Natrium-Ionen-Batterien in der Regel niedriger ist als die von Lithium-Ionen-Batterien.
Das Atomgewicht von Na⁺ (Natriumion) Ist 22.99 g/mol, und das Atomgewicht von Li⁺ (Lithium-Ionen) Ist 6.94 g/mol. Na⁺ ist schwerer, Dies ist auch einer der Gründe, warum die Massenenergiedichte von Natrium-Ionen-Batterien geringer ist als die von Lithium-Ionen-Batterien.
Material
Sowohl Natrium-Ionen-Batterien als auch Lithium-Ionen-Batterien verfügen aufgrund unterschiedlicher chemischer Zusammensetzung und technologischer Wege über verschiedene Arten von Kathodenmaterialien. Jedoch, allgemein gesprochen, Die Kathodenmaterialien für Lithium-Ionen-Batterien sind teurer, und ihre Ressourcen sind begrenzt und können leicht eingeschränkt werden. Kathodenmaterialien für Natriumionenbatterien, auf der anderen Seite, sind reichlich vorhanden, gleichmäßig verteilt, und kostengünstig.
Bezüglich Anodenmaterialien, Lithium-Ionen-Batterien verwenden hauptsächlich Graphit; während Natrium-Ionen-Batterien, aufgrund der Unverträglichkeit von Graphit mit der Einlagerung von Natriumionen, Derzeit wird hauptsächlich Hartkohlenstoff verwendet. In diesem Aspekt, Natrium-Ionen-Batterien haben höhere Kosten, Dies ist einer der größten Engpässe hinsichtlich ihrer technologischen Reife und Kostenkontrolle.
Der Elektrolyt in Natrium-Ionen-Batterien ist dem von Lithium-Ionen-Batterien sehr ähnlich, Es werden jedoch Natriumsalze anstelle von Lithiumsalzen verwendet, was zu geringeren Kosten führt.
Denn Aluminium bildet bei niedrigen Potentialen Legierungen mit Lithium, Stromkollektoren für Lithium-Ionen-Batterien verwenden im Allgemeinen Kupferfolie. Natriumionen haben diesen Effekt nicht, Daher verwenden Stromkollektoren für Natriumionenbatterien normalerweise billigere Aluminiumfolie, Dies reduziert direkt die Materialkosten und das Batteriegewicht.
Energiedichte
Ob LFP oder NCM, Lithium-Ionen-Batterien haben eine höhere Energiedichte als Natrium-Ionen-Batterien. Die gravimetrische Energiedichte von Natrium-Ionen-Batterien beträgt ca 20-40% niedriger als bei Lithium-Ionen-Batterien, und der Unterschied in der volumetrischen Energiedichte ist sogar noch größer.
Während sich die Energiedichte von Natrium-Ionen-Batterien mit dem technologischen Fortschritt allmählich verbessert, es stößt aufgrund der inhärenten Eigenschaften von Natrium an eine theoretische Grenze, Dies ist einer der Nachteile von Natrium-Ionen-Batterien.
Lebensdauer
Die Zyklenlebensdauer von Batterien wird von verschiedenen Faktoren beeinflusst, einschließlich der chemischen Zusammensetzung, Fertigungstechnik, und Betriebsumgebung.
Die Zyklenlebensdauer von Lithium-Ionen-Batterien liegt typischerweise zwischen 3,000 Zu 10,000 Zyklen, mit Lithiumeisenphosphat (LFP) Lithium-Ionen-Akkus zeichnen sich durch eine besonders hervorragende Zyklenlebensdauer aus. Natriumionenbatterien haben typischerweise eine Zyklenlebensdauer von 2,000 Zu 6,000 Zyklen. Einige Hersteller von Natrium-Ionen-Batterien geben an, dass ihre Batterien eine Zyklenlebensdauer von bis zu erreichen können 10,000 Zyklen.
Momentan, Die Zyklenlebensdauer von Lithium-Ionen-Batterien ist im Allgemeinen etwas höher als die von Natrium-Ionen-Batterien.
Temperatur
Der Betriebstemperaturbereich einer Batterie hat erheblichen Einfluss auf deren Einsatzszenarien.
Natrium-Ionen-Batterien haben im Vergleich zu Lithium-Ionen-Batterien einen größeren Betriebstemperaturbereich, insbesondere bei niedrigen Temperaturen deutlich im Vorteil. Der Elektrolyt in Natrium-Ionen-Batterien weist bei niedrigen Temperaturen eine bessere Leitfähigkeit auf, ungefähr beibehalten 90% seiner Kapazität bei -40°C. Unter Lithium-Ionen-Batterien, NMC-Batterien funktionieren bei niedrigen Temperaturen einigermaßen gut, weisen jedoch eine schlechte thermische Stabilität auf; LFP-Batterien haben eine relativ bessere thermische Stabilität, Bei niedrigen Temperaturen ist ihre Leistung jedoch weniger optimal, was sich auf ihre Gesamtleistung auswirkt.
Im Allgemeinen, Natrium-Ionen-Batterien bieten in Umgebungen mit niedrigen Temperaturen eine bessere Leistung als Lithium-Ionen-Batterien. Jedoch, Die Lithium-Ionen-Batterietechnologie wird ständig verbessert, und mit gut entwickelten unterstützenden Produkten, Sie können dennoch in einigen extremen Umgebungen eingesetzt werden und gleichzeitig die Temperatur effektiv verwalten.
Laden und Entladen
Theoretisch, Na⁺-Ionen haben einen kleineren Stokes-Radius und eine geringere Grenzflächenimpedanz, Dies führt in einigen Elektrolyten zu einer höheren Ionenmobilität. daher, Natrium-Ionen-Batterien haben schnellere Ladegeschwindigkeiten, und ihr Schnellladepotenzial ist dem von Lithium-Ionen-Batterien überlegen.
Natriumionenbatterien sind relativ tolerant gegenüber Überladung und Tiefentladung, und einige Systeme können einem größeren Spannungsbereich standhalten. Jedoch, Übermäßiges Laden und Entladen beeinträchtigt dennoch die Leistung und Lebensdauer, und kann sogar zu gefährlichen Situationen führen. Lithium-Ionen-Akkus reagieren empfindlicher auf Überladung und Tiefentladung; Überladung kann zu Schwellungen führen, und eine übermäßige Entladung kann zu einem irreversiblen Kapazitätsverlust führen. daher, Das richtige Design und Management des Batteriesystems ist für Lithium-Ionen-Batterien von entscheidender Bedeutung.
Kosten
Wie wir weiter oben in diesem Artikel analysiert haben, Natrium-Ionen-Batterien haben theoretisch einen Kostenvorteil gegenüber Lithium-Ionen-Batterien. Jedoch, im tatsächlichen Markt, Sie werden feststellen, dass der Preisunterschied zwischen den beiden nicht erheblich ist. Warum ist das so??
Erstens, Der Umfang der Produktion von Natrium-Ionen-Batterien ist weitaus kleiner als der von Lithium-Ionen-Batterien, Dadurch ist es unmöglich, die Ausrüstung zu verteilen, R&D, und Herstellungskosten. Wichtige Materialien speziell für Natrium-Ionen-Batterien (wie Hartkohlenanoden und spezielle Kathoden) haben noch nicht die effiziente gebildet, niedrige Kosten, und stabile Lieferkette, die Lithium-Ionen-Batterien genießen. Dies treibt die Produktionskosten direkt in die Höhe. Momentan, Natrium-Ionen-Batterien befinden sich in einem frühen Stadium der Industrialisierung, und ihr theoretischer Kostenvorteil wird durch die Realität kleiner Produktionsmaßstäbe und einer unausgereiften Lieferkette zunichte gemacht.
Zweitens, nach 2023, Der Preis für Lithiumcarbonat fiel von seinem Höchststand stark ab. Obwohl sich der Preis etwas erholt hat, es ist nicht zu seinem vorherigen Höchststand zurückgekehrt. Dadurch wurde der Kostenvorteil von Lithium-Ionen-Batterien wiederhergestellt, den Platz für Natrium-Ionen-Batterien direkt verdichten, um deren Kostenvorteil zu demonstrieren.
Der Preis von Natrium-Ionen-Batterien ist das Ergebnis der kombinierten Effekte externer Marktveränderungen und interner Entwicklungsstadien.
Anwendung
Lithium-Ionen-Batterien werden häufig in verschiedenen Anwendungen eingesetzt, einschließlich Unterhaltungselektronik, Elektrofahrzeuge, und Energiespeicherung, und bleiben der absolute Mainstream im Markt. Aufgrund ihrer hohen Energiedichte, Lithium-Ionen-Batterien sind die bevorzugte Wahl für Anwendungen mit hohen Platzanforderungen, lange Akkulaufzeit, und Portabilität.
Natrium-Ionen-Batterien sind derzeit in bestimmten Anwendungsszenarien häufiger anzutreffen, B. Energiespeicher oder Spezialgeräte in kalten Regionen, die eine hohe Leistung bei niedrigen Temperaturen erfordern, oder in Elektrofahrzeugen mit niedriger Geschwindigkeit, bei denen der Platz keine Einschränkung darstellt. Wenn der Kostenvorteil von Natrium-Ionen-Batterien in Zukunft sichtbar wird, große Energiespeicheranwendungen mit hohen Kostenanforderungen, Lebensdauer, und Sicherheit, aber geringe Anforderungen an die Energiedichte, wird das Ideal sein “Hauptschlachtfeld” für Natrium-Ionen-Batterien.
Überlegungen zum Kauf
Beim Kauf von Natrium-Ionen-Batterien, Sie treffen eine Wahl in einem sich schnell entwickelnden, aber noch nicht vollständig ausgereiften Markt. Die folgenden Punkte sollen Ihnen bei Ihrer Entscheidungsfindung helfen.
Produktqualität
Momentan, Es gibt zahlreiche Hersteller, die Natrium-Ionen-Batterien herstellen. Können diese Unternehmen ihre Labortechnologie zuverlässig auf die Massenproduktion hochskalieren?? Wie ist die tatsächliche Qualität ihrer Natrium-Ionen-Batterien?? Erfüllen sie die von ihnen angegebenen Leistungsspezifikationen?? Dies alles sind entscheidende Überlegungen vor dem Kauf.
Für Hersteller von Natrium-Ionen-Batteriezellen, Die Wahl von Unternehmen mit speziellen Produktionslinien und umfangreicher Erfahrung in der Materialkonsistenzkontrolle und Prozessoptimierung ist die erste Garantie für die Produktqualität. Im Anschluss daran, Ebenso wichtig ist es, Batterieproben zu testen und zu testen, um festzustellen, ob sie den Spezifikationen entsprechen.
Verwandte Produkte
Momentan, Das gesamte Ökosystem für Natrium-Ionen-Batterien ist noch nicht ausgereift, und die unterstützende Infrastruktur ist noch unvollständig. Lithium-Ionen-Batterien, auf der anderen Seite, verfügen über ein komplettes Sortiment an unterstützenden Produkten, wie Ladegeräte, Batteriemanagementsysteme, Wärmemanagementsysteme, Wechselrichter, Konverter, und Kommunikationsmodule. Natriumionenbatterien übernahmen zunächst die gleichen unterstützenden Produkte, Produktnormen, Transportmethoden, und Zertifizierungsprozesse als Lithium-Ionen-Batterien. Obwohl verwandte unterstützende Produkte nun nach und nach verfügbar werden, und die Situation ist viel besser als zuvor, Es wird dennoch empfohlen, die Verfügbarkeit zu bestätigen, Nachhaltigkeit, und Preise für unterstützende Produkte vor dem Kauf von Natrium-Ionen-Zellen für Batteriepacks oder -systeme, um mögliche spätere Probleme zu vermeiden.
Erfordernis
Bevor Sie sich für eine Natrium-Ionen-Batterie entscheiden, Es ist hilfreich, Ihre spezifischen Batterieanforderungen zu klären.
Für neu entwickelte Projekte, zusätzlich zu den oben genannten Punkten, Es wird empfohlen, zu prüfen, ob die Leistung und Spezifikationen der Natrium-Ionen-Batterie geeignet sind, und ob eine kontinuierliche Produktion möglich ist. Noch besser wäre eine Natrium-Ionen-Batterie, die bereits in Massenproduktion hergestellt wurde und positive Marktresonanzen erhielt.
Wenn Sie ein altes Batterieprodukt ersetzen, Bitte prüfen Sie, ob es mit Ihrer vorhandenen Ausrüstung kompatibel ist. Dazu gehört auch die Prüfung der physikalischen Abmessungen, Stromspannung, Kapazität, und Ladegerätkompatibilität. Ein blinder Austausch der Batterie kann negative Folgen haben. Zum Beispiel, Eine inkompatible Spannung könnte den Start des Geräts verhindern oder den Controller beschädigen.
Zusammenfassung
Das Obige ist ein Vergleich von Natrium-Ionen-Batterien und Lithium-Ionen-Batterien. Momentan, beide haben ihre eigenen Vorteile. Lithium-Ionen-Batterien zeichnen sich durch eine hohe Energiedichte aus, eine ausgereifte Industriekette, und ein gut etabliertes Ökosystem. Natrium-Ionen-Batterien bieten Vorteile hinsichtlich der Leistung bei niedrigen Temperaturen und des Materialpotenzials. Natrium-Ionen-Batterien sind kein vollständiger Ersatz für Lithium-Ionen-Batterien, sondern vielmehr eine wichtige Ergänzung und Erweiterung. In der Zukunft, Wird die Industriekette für Natrium-Ionen-Batterien allmählich ausgereift sein und ihre Kostenvorteile sichtbar werden?? Oder werden Lithium-Ionen-Batterien neue technologische Durchbrüche erleben?? Warten wir ab!
