La batería de iones de sodio se menciona a menudo como una alternativa a la batería de iones de litio.. En los últimos seis meses, El importante repunte del precio de las materias primas para las baterías de iones de litio puede provocar un aumento de los precios de las baterías de iones de litio.. Mientras tanto, La batería de iones de sodio está pasando gradualmente de la etapa de laboratorio a las primeras etapas de comercialización.. Estos factores combinados han hecho que las baterías de iones de sodio sean cada vez más visibles para el público.. Próximo, Analizaremos detalladamente estos dos tipos de baterías a través de una comparación multifacética de iones de sodio y batería de iones de litio.
Principios básicos y estructura
Principio fundamental
Tanto las baterías de iones de sodio como las de iones de litio se basan en un “mecedora” mecanismo de carga-descarga. (Para una comprensión detallada del principio de funcionamiento de las baterías de iones de sodio, Por favor haz click: ¿Cómo funciona la batería de iones de sodio??) Durante la carga, iones de metales alcalinos (Li⁺ o Na⁺) Se extraen del electrodo positivo y se incrustan en el electrodo negativo a través del electrolito.; el proceso de descarga es al revés. Sin embargo, las diferencias en las propiedades fisicoquímicas de los propios iones (como el radio iónico, potencial de electrodo estándar, y masa) son la causa fundamental de sus diferencias.
El radio iónico del Na⁺ (ion sodio) es 1.02 Oh, y el radio iónico de Li⁺ (iones de litio) es 0.76 Oh. Na⁺ es más grande que Li⁺, por lo que es más difícil que se incruste/extraiga en la estructura cristalina, lo que fácilmente conduce a mayores cambios de volumen estructural.
El potencial del electrodo estándar de Na⁺ (ion sodio) es -2.71 V (vs. ELLA), y el potencial del electrodo estándar de Li⁺ (iones de litio) es -3.04 V (vs. ELLA). El potencial del Na⁺ es mayor., lo que hace que el voltaje de funcionamiento y la densidad de energía de las baterías de iones de sodio sean generalmente más bajos que los de las baterías de iones de litio..
El peso atómico del Na⁺ (ion sodio) es 22.99 g/mol, y el peso atómico del Li⁺ (iones de litio) es 6.94 g/mol. Na⁺ es más pesado, que también es una de las razones por las que la densidad de energía masiva de las baterías de iones de sodio es menor que la de las baterías de iones de litio.
Material
Tanto las baterías de iones de sodio como las de iones de litio tienen varios tipos de materiales catódicos debido a diferencias en su composición química y rutas tecnológicas.. Sin embargo, en términos generales, Los materiales catódicos de las baterías de iones de litio son más caros., y sus recursos son limitados y fácilmente restringidos. Materiales del cátodo de batería de iones de sodio., por otro lado, son abundantes, distribuido uniformemente, y de bajo costo.
Respecto a los materiales del ánodo, Las baterías de iones de litio utilizan principalmente grafito.; mientras que las baterías de iones de sodio, debido a la incompatibilidad del grafito con la intercalación de iones de sodio, Actualmente se utiliza principalmente carbono duro.. En este aspecto, Las baterías de iones de sodio tienen costos más altos., que es uno de los principales obstáculos para su madurez tecnológica y control de costes..
El electrolito de las baterías de iones de sodio es muy similar al de las baterías de iones de litio., pero utiliza sales de sodio en lugar de sales de litio., resultando en menores costos.
Porque el aluminio forma aleaciones con el litio a potenciales bajos., Los colectores de corriente de las baterías de iones de litio generalmente utilizan láminas de cobre.. Los iones de sodio no tienen este efecto., por lo que los colectores de corriente de las baterías de iones de sodio suelen utilizar papel de aluminio más barato, lo que reduce directamente los costos de material y el peso de la batería.
Densidad de energia
Ya sea LFP o NCM, Las baterías de iones de litio tienen una mayor densidad de energía que las baterías de iones de sodio.. La densidad de energía gravimétrica de las baterías de iones de sodio es aproximadamente 20-40% inferior al de las baterías de iones de litio, y la diferencia de densidad de energía volumétrica es aún mayor.
Si bien la densidad energética de las baterías de iones de sodio mejora gradualmente con los avances tecnológicos, se enfrenta a un límite teórico debido a las propiedades inherentes del sodio, cuál es uno de los inconvenientes de las baterías de iones de sodio.
Ciclo de vida
El ciclo de vida de las baterías se ve afectado por varios factores., incluyendo la composición química, tecnología de fabricación, y entorno operativo.
El ciclo de vida de las baterías de iones de litio suele oscilar entre 3,000 a 10,000 ciclos, con fosfato de hierro y litio (LFP) Baterías de iones de litio que presentan un ciclo de vida particularmente excepcional. Las baterías de iones de sodio suelen tener un ciclo de vida de 2,000 a 6,000 ciclos. Algunos fabricantes de baterías de iones de sodio afirman que sus baterías pueden alcanzar un ciclo de vida de hasta 10,000 ciclos.
Actualmente, El ciclo de vida de las baterías de iones de litio es generalmente ligeramente superior al de las baterías de iones de sodio..
Temperatura
El rango de temperatura de funcionamiento de una batería afecta significativamente sus escenarios de aplicación..
Las baterías de iones de sodio tienen un rango de temperatura de funcionamiento más amplio en comparación con las baterías de iones de litio., especialmente mostrando una clara ventaja a bajas temperaturas. El electrolito de las baterías de iones de sodio tiene mejor conductividad a bajas temperaturas., manteniendo aproximadamente 90% de su capacidad a -40°C. Entre las baterías de iones de litio, Las baterías NMC funcionan razonablemente bien a bajas temperaturas pero tienen poca estabilidad térmica; Las baterías LFP tienen una estabilidad térmica relativamente mejor, pero su rendimiento es menos ideal a bajas temperaturas, lo que afecta su rendimiento general.
En general, Las baterías de iones de sodio funcionan mejor que las de iones de litio en entornos de baja temperatura.. Sin embargo, La tecnología de baterías de iones de litio mejora constantemente., y con productos de soporte bien desarrollados, todavía se pueden utilizar en algunos entornos extremos mientras gestionan la temperatura de forma eficaz.
Carga y descarga
Teóricamente, Los iones Na⁺ tienen un radio de Stokes más pequeño y una impedancia interfacial más baja., lo que resulta en una mayor movilidad de iones en algunos electrolitos. Por lo tanto, Las baterías de iones de sodio tienen velocidades de carga más rápidas., y su potencial de carga rápida es superior al de las baterías de iones de litio.
Las baterías de iones de sodio tienen una tolerancia relativamente mejor a la sobrecarga y la sobredescarga., y algunos sistemas pueden soportar un rango de voltaje más amplio. Sin embargo, La carga y descarga excesivas seguirán afectando el rendimiento y la vida útil., e incluso puede conducir a situaciones peligrosas. Las baterías de iones de litio son más sensibles a la sobrecarga y la sobredescarga.; la sobrecarga puede causar hinchazón, y una descarga excesiva puede provocar una pérdida irreversible de capacidad. Por lo tanto, El diseño y la gestión adecuados del sistema de baterías son cruciales para las baterías de iones de litio..
Costo
Como analizamos anteriormente en este artículo, En teoría, las baterías de iones de sodio tienen una ventaja de costos sobre las baterías de iones de litio.. Sin embargo, en el mercado real, Verás que la diferencia de precio entre los dos no es significativa.. ¿Por qué es esto??
En primer lugar, la escala de producción de baterías de iones de sodio es mucho menor que la de las baterías de iones de litio, haciendo imposible distribuir el equipo, R&D, y costos de fabricación. Materiales clave específicos para las baterías de iones de sodio (como ánodos de carbono duro y cátodos específicos) aún no han formado el eficiente, bajo costo, y cadena de suministro estable de la que disfrutan las baterías de iones de litio. Esto aumenta directamente los costos de producción.. Actualmente, Las baterías de iones de sodio se encuentran en las primeras etapas de industrialización., y su ventaja teórica en costos se está viendo compensada por la realidad de una producción a pequeña escala y una cadena de suministro inmadura..
En segundo lugar, después 2023, El precio del carbonato de litio cayó bruscamente desde su punto máximo.. Aunque el precio ha repuntado algo, no ha vuelto a su máximo anterior. Esto ha restablecido la ventaja de costes de las baterías de iones de litio., comprimiendo directamente el espacio para las baterías de iones de sodio para demostrar su ventaja de costos.
El precio de las baterías de iones de sodio es el resultado de los efectos combinados de los cambios del mercado externo y las etapas de desarrollo interno..
Solicitud
Las baterías de iones de litio se utilizan ampliamente en diversas aplicaciones., incluyendo electrónica de consumo, vehículos eléctricos, y almacenamiento de energía, y seguir siendo la corriente principal absoluta en el mercado. Debido a su alta densidad energética, Las baterías de iones de litio son la opción preferida para aplicaciones con requisitos estrictos de espacio., batería de larga duración, y portabilidad.
Actualmente, las baterías de iones de sodio se encuentran más comúnmente en escenarios de aplicación específicos., como almacenamiento de energía o equipos especializados en regiones frías que requieren un rendimiento alto a baja temperatura, o en vehículos eléctricos de baja velocidad donde el espacio no es una limitación. Si la ventaja de costes de las baterías de iones de sodio se hace evidente en el futuro, Aplicaciones de almacenamiento de energía a gran escala con altas exigencias de coste., esperanza de vida, y seguridad, pero requisitos de baja densidad de energía, será el ideal “campo de batalla principal” para baterías de iones de sodio.
Consideraciones de compra
Al comprar baterías de iones de sodio, tomará una decisión en un mercado en rápido desarrollo pero aún no completamente maduro. Los siguientes puntos deberían ayudarle en su proceso de toma de decisiones..
Calidad del producto
Actualmente, Existen numerosos fabricantes que producen baterías de iones de sodio.. ¿Pueden estas empresas ampliar de manera confiable su tecnología de laboratorio a la producción en masa?? ¿Cuál es la calidad real de sus baterías de iones de sodio?? ¿Cumplen con las especificaciones de rendimiento que afirman?? Todas estas son consideraciones cruciales antes de comprar..
Para fabricantes de celdas de baterías de iones de sodio, Elegir empresas con líneas de producción dedicadas y amplia experiencia en el control de la consistencia de los materiales y la optimización de procesos es la primera garantía de calidad del producto.. Siguiendo esto, Probar y probar muestras de baterías para observar si cumplen con las especificaciones es igualmente importante..
Productos relacionados
Actualmente, Todo el ecosistema de baterías de iones de sodio aún no está maduro., y la infraestructura de apoyo aún está incompleta. Baterías de iones de litio, por otro lado, tener una gama completa de productos de soporte, como cargadores, sistemas de gestión de baterías, sistemas de gestión térmica, inversores, convertidores, y módulos de comunicación. Las baterías de iones de sodio adoptaron inicialmente los mismos productos de soporte., estándares de producto, métodos de transporte, y procesos de certificación como baterías de iones de litio. Aunque ahora están disponibles gradualmente productos de soporte relacionados, y la situación es mucho mejor que antes, Aún así se recomienda confirmar la disponibilidad., sostenibilidad, y precios de los productos de soporte antes de comprar celdas de iones de sodio para paquetes o sistemas de baterías, para evitar posibles problemas más adelante.
Requisito
Antes de elegir una batería de iones de sodio, Es útil aclarar sus necesidades específicas de batería..
Para proyectos recientemente desarrollados, además de los puntos mencionados anteriormente, Se recomienda considerar si el rendimiento y las especificaciones de la batería de iones de sodio son adecuados., y si la producción continua es factible. Una batería de iones de sodio que ya se haya producido en masa y haya recibido comentarios positivos del mercado sería aún mejor..
Si está reemplazando un producto de batería anterior, considere si es compatible con su equipo existente. Esto incluye verificar las dimensiones físicas., Voltaje, capacidad, y compatibilidad del cargador. Reemplazar la batería a ciegas puede tener consecuencias negativas. Por ejemplo, un voltaje incompatible podría impedir que el dispositivo se encienda o dañar el controlador.
Resumen
Lo anterior es una comparación de baterías de iones de sodio y baterías de iones de litio.. Actualmente, ambos tienen sus propias ventajas. Las baterías de iones de litio cuentan con una alta densidad de energía, una cadena industrial madura, y un ecosistema bien establecido. Las baterías de iones de sodio ofrecen ventajas en rendimiento a baja temperatura y potencial del material. Las baterías de iones de sodio no son un reemplazo completo de las baterías de iones de litio, sino más bien un importante complemento y extensión. En el futuro, ¿Madurará gradualmente la cadena industrial de baterías de iones de sodio y sus ventajas de costos se harán evidentes?? ¿O las baterías de iones de litio experimentarán nuevos avances tecnológicos?? Esperemos y veremos!
