La batterie sodium-ion est souvent mentionnée comme alternative à la batterie lithium-ion.. Au cours des six derniers mois, le rebond significatif du prix des matières premières pour les batteries lithium-ion pourrait entraîner une augmentation des prix des batteries lithium-ion. Entre-temps, la batterie sodium-ion passe progressivement du stade du laboratoire aux premiers stades de commercialisation. Ces facteurs combinés ont amené la batterie sodium-ion de plus en plus aux yeux du public.. Suivant, nous examinerons en détail ces deux types de batteries à travers une comparaison à multiples facettes de l'ion sodium et Batterie aux ions lithium.
Principes fondamentaux et structure
Principe fondamental
Les batteries sodium-ion et lithium-ion sont basées sur un “chaise à bascule” mécanisme de charge-décharge. (Pour une compréhension détaillée du principe de fonctionnement des batteries sodium-ion, Cliquez s'il vous plait: Comment fonctionne la batterie de sodium ion?) Pendant la charge, ions de métaux alcalins (Li⁺ ou Na⁺) sont extraits de l'électrode positive et intégrés dans l'électrode négative à travers l'électrolyte; le processus de décharge est l'inverse. Cependant, les différences dans les propriétés physico-chimiques des ions eux-mêmes (comme le rayon ionique, potentiel d'électrode standard, et la masse) sont à l’origine de leurs différences.
Le rayon ionique de Na⁺ (ion sodium) est 1.02 Oh, et le rayon ionique de Li⁺ (lithium-ion) est 0.76 Oh. Na⁺ est plus grand que Li⁺, il est donc plus difficile de l'incruster/de l'extraire dans la structure cristalline, ce qui conduit facilement à des changements de volume structurels plus importants.
Le potentiel d'électrode standard de Na⁺ (ion sodium) est -2.71 V (contre. ELLE), et le potentiel d'électrode standard de Li⁺ (lithium-ion) est -3.04 V (contre. ELLE). Le potentiel de Na⁺ est plus élevé, ce qui conduit à ce que la tension de fonctionnement et la densité énergétique des batteries sodium-ion soient généralement inférieures à celles des batteries lithium-ion.
Le poids atomique de Na⁺ (ion sodium) est 22.99 g/mole, et le poids atomique de Li⁺ (lithium-ion) est 6.94 g/mole. Na⁺ est plus lourd, ce qui est également l'une des raisons pour lesquelles la densité énergétique massique des batteries sodium-ion est inférieure à celle des batteries lithium-ion.
Matériel
Les batteries sodium-ion et lithium-ion comportent plusieurs types de matériaux cathodiques en raison des différences dans leur composition chimique et leurs voies technologiques.. Cependant, en général, les matériaux cathodiques des batteries lithium-ion sont plus chers, et leurs ressources sont limitées et facilement contraintes. Matériaux cathodiques de batterie sodium-ion, d'autre part, sont abondants, uniformément réparti, et peu coûteux.
Concernant les matériaux d'anode, les batteries lithium-ion utilisent principalement du graphite; tandis que les batteries sodium-ion, en raison de l'incompatibilité du graphite avec l'intercalation des ions sodium, utilise actuellement principalement du carbone dur. Dans cet aspect, les batteries sodium-ion ont des coûts plus élevés, ce qui constitue l’un des principaux freins à leur maturité technologique et à leur maîtrise des coûts.
L'électrolyte des batteries sodium-ion est très similaire à celui des batteries lithium-ion, mais il utilise des sels de sodium au lieu de sels de lithium, ce qui entraîne une baisse des coûts.
Parce que l'aluminium forme des alliages avec le lithium à faible potentiel, les collecteurs de courant des batteries lithium-ion utilisent généralement une feuille de cuivre. Les ions sodium n'ont pas cet effet, donc les collecteurs de courant de batterie sodium-ion utilisent généralement une feuille d'aluminium moins chère, ce qui réduit directement les coûts de matériaux et le poids de la batterie.
Densité d'énergie
Que ce soit LFP ou NCM, les batteries lithium-ion ont une densité énergétique plus élevée que les batteries sodium-ion. La densité d'énergie gravimétrique des batteries sodium-ion est d'environ 20-40% inférieur à celui des batteries lithium-ion, et la différence de densité d'énergie volumétrique est encore plus grande.
Alors que la densité énergétique des batteries sodium-ion s'améliore progressivement avec les progrès technologiques, il fait face à une limite théorique en raison des propriétés inhérentes du sodium, ce qui est l'un des inconvénients des batteries sodium-ion.
Cycle de vie
La durée de vie des batteries est affectée par divers facteurs, y compris la composition chimique, technologie de fabrication, et environnement opérationnel.
La durée de vie des batteries lithium-ion varie généralement de 3,000 à 10,000 cycles, avec du phosphate de fer et de lithium (LFP) batteries lithium-ion présentant une durée de vie particulièrement exceptionnelle. Les batteries sodium-ion ont généralement une durée de vie de 2,000 à 6,000 cycles. Certains fabricants de batteries sodium-ion affirment que leurs batteries peuvent atteindre une durée de vie allant jusqu'à 10,000 cycles.
Actuellement, la durée de vie des batteries lithium-ion est généralement légèrement supérieure à celle des batteries sodium-ion.
Température
La plage de température de fonctionnement d'une batterie a un impact significatif sur ses scénarios d'application.
Les batteries sodium-ion ont une plage de températures de fonctionnement plus large que les batteries lithium-ion, présentant particulièrement un net avantage à basses températures. L'électrolyte des batteries sodium-ion a une meilleure conductivité à basse température, en maintenant environ 90% de sa capacité à -40°C. Parmi les batteries lithium-ion, Les batteries NMC fonctionnent raisonnablement bien à basse température mais ont une mauvaise stabilité thermique; Les batteries LFP ont une stabilité thermique relativement meilleure, mais leurs performances sont moins idéales à basses températures, ce qui affecte leur performance globale.
En général, Les batteries sodium-ion fonctionnent mieux que les batteries lithium-ion dans les environnements à basse température. Cependant, la technologie des batteries lithium-ion s’améliore constamment, et avec des produits de support bien développés, ils peuvent toujours être utilisés dans certains environnements extrêmes tout en gérant efficacement la température.
Chargement et déchargement
Théoriquement, Les ions Na⁺ ont un rayon de Stokes plus petit et une impédance interfaciale plus faible, entraînant une mobilité ionique plus élevée dans certains électrolytes. Donc, les batteries sodium-ion ont des vitesses de charge plus rapides, et leur potentiel de charge rapide est supérieur à celui des batteries lithium-ion.
Les batteries sodium-ion ont une tolérance relativement meilleure à la surcharge et à la décharge excessive, et certains systèmes peuvent supporter une plage de tension plus large. Cependant, une charge et une décharge excessives affecteront toujours les performances et la durée de vie, et peut même conduire à des situations dangereuses. Les batteries lithium-ion sont plus sensibles à la surcharge et à la décharge excessive; une surcharge peut provoquer un gonflement, et une décharge excessive peut entraîner une perte de capacité irréversible. Donc, une conception et une gestion appropriées du système de batterie sont cruciales pour les batteries lithium-ion.
Coût
Comme nous l'avons analysé plus tôt dans cet article, Les batteries sodium-ion ont théoriquement un avantage en termes de coût par rapport aux batteries lithium-ion. Cependant, sur le marché actuel, vous constaterez que la différence de prix entre les deux n’est pas significative. Pourquoi est-ce?
Premièrement, l'échelle de production de batteries sodium-ion est bien inférieure à celle des batteries lithium-ion, rendant impossible la dispersion du matériel, R.&D, et les coûts de fabrication. Matériaux clés spécifiques aux batteries sodium-ion (comme les anodes en carbone dur et les cathodes spécifiques) n'ont pas encore formé le groupe efficace, faible coût, et chaîne d'approvisionnement stable dont bénéficient les batteries lithium-ion. Cela fait directement augmenter les coûts de production. Actuellement, les batteries sodium-ion en sont aux premiers stades d’industrialisation, et leur avantage théorique en termes de coûts est compensé par la réalité d'une petite échelle de production et d'une chaîne d'approvisionnement immature..
Deuxièmement, après 2023, le prix du carbonate de lithium a fortement chuté par rapport à son sommet. Même si le prix a quelque peu rebondi, il n'est pas revenu à son précédent sommet. Cela a rétabli l’avantage de coût des batteries lithium-ion, comprimer directement l'espace réservé aux batteries sodium-ion pour démontrer leur avantage en termes de coût.
Le prix des batteries sodium-ion est le résultat des effets combinés des évolutions externes du marché et des étapes de développement internes..
Application
Les batteries lithium-ion sont largement utilisées dans diverses applications, y compris l'électronique grand public, véhicules électriques, et stockage d'énergie, et restent le courant dominant absolu du marché. En raison de leur haute densité énergétique, Les batteries lithium-ion sont le choix préféré pour les applications avec des exigences strictes en matière d'espace, longue durée de vie de la batterie, et portabilité.
Les batteries sodium-ion sont actuellement plus courantes dans des scénarios d'application spécifiques, comme le stockage d'énergie ou les équipements spécialisés dans les régions froides nécessitant des performances élevées à basse température, ou dans les véhicules électriques à basse vitesse où l'espace n'est pas une contrainte. Si l’avantage financier des batteries sodium-ion devient évident à l’avenir, applications de stockage d’énergie à grande échelle avec des exigences élevées en termes de coûts, durée de vie, et la sécurité, mais exigences de faible densité énergétique, sera l'idéal “champ de bataille principal” pour batteries sodium-ion.
Considérations d'achat
Lors de l'achat de batteries sodium-ion, vous ferez un choix sur un marché en développement rapide mais pas encore complètement mature. Les points suivants devraient vous aider dans votre processus de prise de décision.
Qualité du produit
Actuellement, il existe de nombreux fabricants produisant des batteries sodium-ion. Ces entreprises peuvent-elles étendre de manière fiable leur technologie de laboratoire à la production de masse? Quelle est la qualité réelle de leurs batteries sodium-ion? Répondent-ils aux spécifications de performances qu'ils prétendent? Ce sont toutes des considérations cruciales avant d’acheter.
Pour les fabricants de cellules de batterie sodium-ion, choisir des entreprises disposant de lignes de production dédiées et d’une vaste expérience dans le contrôle de la cohérence des matériaux et l’optimisation des processus est la première garantie de la qualité des produits. Suite à ceci, tester et tester des échantillons de batteries pour vérifier s'ils répondent aux spécifications est tout aussi important.
Produits connexes
Actuellement, l’ensemble de l’écosystème des batteries sodium-ion n’est pas encore mature, et l'infrastructure de soutien est encore incomplète. Batteries lithium-ion, d'autre part, disposer d'une gamme complète de produits de support, comme les chargeurs, systèmes de gestion de batterie, systèmes de gestion thermique, onduleurs, convertisseurs, et modules de communication. Les batteries sodium-ion ont initialement adopté les mêmes produits de support, normes de produits, moyens de transport, et processus de certification comme batteries lithium-ion. Bien que les produits de support associés deviennent progressivement disponibles, et la situation est bien meilleure qu'avant, il est quand même recommandé de confirmer la disponibilité, durabilité, et le prix des produits de support avant d'acheter des cellules sodium-ion pour des batteries ou des systèmes, pour éviter d'éventuels problèmes plus tard.
Exigence
Avant de choisir une batterie sodium-ion, il est utile de clarifier vos besoins spécifiques en matière de batterie.
Pour les projets nouvellement développés, en plus des points mentionnés ci-dessus, il est recommandé de déterminer si les performances et les spécifications de la batterie sodium-ion sont adaptées, et si une production continue est réalisable. Une batterie sodium-ion déjà produite en série et ayant reçu des retours positifs du marché serait encore meilleure..
Si vous remplacez un ancien produit à batterie, veuillez considérer s'il est compatible avec votre équipement existant. Cela inclut la vérification des dimensions physiques, tension, capacité, et compatibilité du chargeur. Remplacer aveuglément la batterie peut avoir des conséquences négatives. Par exemple, une tension incompatible pourrait empêcher l'appareil de démarrer ou endommager le contrôleur.
Résumé
Ce qui précède est une comparaison entre les batteries sodium-ion et les batteries lithium-ion.. Actuellement, les deux ont leurs propres avantages. Les batteries lithium-ion présentent une densité énergétique élevée, une chaîne industrielle mature, et un écosystème bien établi. Les batteries sodium-ion offrent des avantages en termes de performances à basse température et de potentiel matériel. Les batteries sodium-ion ne remplacent pas complètement les batteries lithium-ion, mais plutôt un complément et une extension importante. À l'avenir, la chaîne industrielle des batteries sodium-ion va-t-elle progressivement mûrir et ses avantages en termes de coûts deviendront-ils évidents? Ou les batteries lithium-ion connaîtront-elles de nouvelles avancées technologiques? Attendons et voyons!
