A bateria de íon de sódio é frequentemente mencionada como uma alternativa à bateria de íon de lítio. Nos últimos seis meses, a recuperação significativa no preço das matérias-primas para baterias de íon de lítio pode levar a um aumento nos preços das baterias de íon de lítio. Enquanto isso, a bateria de íon de sódio está gradualmente passando do estágio de laboratório para os estágios iniciais de comercialização. Esses fatores combinados trouxeram a bateria de íon de sódio cada vez mais aos olhos do público. Próximo, daremos uma olhada detalhada nesses dois tipos de baterias por meio de uma comparação multifacetada de íon de sódio e bateria de íon de lítio.
Princípios Fundamentais e Estrutura
Princípio Fundamental
Tanto as baterias de íon de sódio quanto as baterias de íon de lítio são baseadas em um “cadeira de balanço” mecanismo de carga-descarga. (Para uma compreensão detalhada do princípio de funcionamento das baterias de íon de sódio, Por favor clique: Como funciona a bateria de íons de sódio?) Durante o carregamento, íons de metais alcalinos (Li⁺ ou Na⁺) são extraídos do eletrodo positivo e incorporados no eletrodo negativo através do eletrólito; o processo de descarga é o inverso. No entanto, as diferenças nas propriedades físico-químicas dos próprios íons (como raio iônico, potencial de eletrodo padrão, e massa) são a causa raiz de suas diferenças.
O raio iônico de Na⁺ (íon sódio) é 1.02 Oh, e o raio iônico de Li⁺ (íon de lítio) é 0.76 Oh. Na⁺ é maior que Li⁺, então é mais difícil ser incorporado/extraído na estrutura cristalina, o que facilmente leva a maiores mudanças de volume estrutural.
O potencial de eletrodo padrão de Na⁺ (íon sódio) é -2.71 V (contra. ELA), e o potencial de eletrodo padrão de Li⁺ (íon de lítio) é -3.04 V (contra. ELA). O potencial de Na⁺ é maior, o que faz com que a tensão operacional e a densidade de energia das baterias de íon de sódio sejam geralmente inferiores às das baterias de íon de lítio.
O peso atômico de Na⁺ (íon sódio) é 22.99 g/mol, e o peso atômico de Li⁺ (íon de lítio) é 6.94 g/mol. Na⁺ é mais pesado, o que também é uma das razões pelas quais a densidade de energia em massa das baterias de íon de sódio é menor do que a das baterias de íon de lítio.
Material
Tanto as baterias de íon de sódio quanto as baterias de íon de lítio possuem diversos tipos de materiais catódicos devido às diferenças em sua composição química e rotas tecnológicas.. No entanto, de um modo geral, os materiais catódicos para baterias de íon de lítio são mais caros, e seus recursos são limitados e facilmente restringidos. Materiais de cátodo de bateria de íon de sódio, por outro lado, são abundantes, distribuído uniformemente, e de baixo custo.
Em relação aos materiais anódicos, baterias de íon de lítio usam principalmente grafite; enquanto as baterias de íon de sódio, devido à incompatibilidade do grafite com a intercalação do íon sódio, atualmente usam principalmente carbono duro. Neste aspecto, baterias de íon de sódio têm custos mais elevados, que é um dos principais gargalos na sua maturidade tecnológica e controle de custos.
O eletrólito nas baterias de íon de sódio é muito semelhante ao das baterias de íon de lítio, mas usa sais de sódio em vez de sais de lítio, resultando em custos mais baixos.
Porque o alumínio forma ligas com lítio em baixos potenciais, coletores de corrente de bateria de íon de lítio geralmente usam folha de cobre. Os íons de sódio não têm esse efeito, então os coletores de corrente de bateria de íon de sódio geralmente usam folha de alumínio mais barata, o que reduz diretamente os custos de material e o peso da bateria.
Densidade de Energia
Seja LFP ou NCM, baterias de íon de lítio têm uma densidade de energia maior do que baterias de íon de sódio. A densidade de energia gravimétrica das baterias de íon de sódio é aproximadamente 20-40% inferior ao das baterias de íon de lítio, e a diferença de densidade de energia volumétrica é ainda maior.
Embora a densidade energética das baterias de íon de sódio esteja melhorando gradualmente com os avanços tecnológicos, enfrenta um limite teórico devido às propriedades inerentes do sódio, que é uma das desvantagens das baterias de íon de sódio.
Ciclo da vida
O ciclo de vida das baterias é afetado por vários fatores, incluindo composição química, tecnologia de fabricação, e ambiente operacional.
O ciclo de vida das baterias de íons de lítio normalmente varia de 3,000 para 10,000 ciclos, com fosfato de ferro-lítio (LFP) baterias de íons de lítio exibindo ciclo de vida particularmente notável. As baterias de íon de sódio normalmente têm um ciclo de vida de 2,000 para 6,000 ciclos. Alguns fabricantes de baterias de íon de sódio afirmam que suas baterias podem atingir um ciclo de vida de até 10,000 ciclos.
Atualmente, o ciclo de vida das baterias de íon de lítio é geralmente ligeiramente superior ao das baterias de íon de sódio.
Temperatura
A faixa de temperatura operacional de uma bateria impacta significativamente seus cenários de aplicação.
As baterias de íon de sódio têm uma faixa de temperatura operacional mais ampla em comparação com as baterias de íon de lítio, especialmente exibindo uma clara vantagem em baixas temperaturas. O eletrólito nas baterias de íon de sódio tem melhor condutividade em baixas temperaturas, mantendo aproximadamente 90% da sua capacidade a -40°C. Entre as baterias de íon de lítio, As baterias NMC funcionam razoavelmente bem em baixas temperaturas, mas têm baixa estabilidade térmica; As baterias LFP têm estabilidade térmica relativamente melhor, mas seu desempenho é menos ideal em baixas temperaturas, o que afeta seu desempenho geral.
Em geral, as baterias de íon de sódio têm melhor desempenho do que as baterias de íon de lítio em ambientes de baixa temperatura. No entanto, a tecnologia da bateria de íon de lítio está melhorando constantemente, e com produtos de suporte bem desenvolvidos, eles ainda podem ser usados em alguns ambientes extremos enquanto gerenciam a temperatura de forma eficaz.
Carregando e descarregando
Teoricamente, Os íons Na⁺ têm um raio de Stokes menor e menor impedância interfacial, resultando em maior mobilidade iônica em alguns eletrólitos. Portanto, baterias de íon de sódio têm velocidades de carregamento mais rápidas, e seu potencial de carregamento rápido é superior ao das baterias de íons de lítio.
As baterias de íon de sódio têm tolerância relativamente melhor à sobrecarga e descarga excessiva, e alguns sistemas podem suportar uma faixa de tensão mais ampla. No entanto, carga e descarga excessivas ainda afetarão o desempenho e a vida útil, e pode até levar a situações perigosas. As baterias de íon de lítio são mais sensíveis à sobrecarga e descarga excessiva; sobrecarga pode causar inchaço, e a descarga excessiva pode levar à perda irreversível de capacidade. Portanto, o design e o gerenciamento adequados do sistema de bateria são cruciais para baterias de íons de lítio.
Custo
Como analisamos anteriormente neste artigo, as baterias de íon de sódio teoricamente têm uma vantagem de custo sobre as baterias de íon de lítio. No entanto, no mercado real, você descobrirá que a diferença de preço entre os dois não é significativa. Por que isso é?
Primeiramente, a escala de produção de baterias de íon de sódio é muito menor do que a das baterias de íon de lítio, impossibilitando a distribuição de equipamentos, R&D, e custos de fabricação. Principais materiais específicos para baterias de íon de sódio (como ânodos de carbono duro e cátodos específicos) ainda não formaram o eficiente, baixo custo, e cadeia de suprimentos estável que as baterias de íons de lítio desfrutam. Isso aumenta diretamente os custos de produção. Atualmente, baterias de íon de sódio estão nos estágios iniciais de industrialização, e a sua vantagem teórica em termos de custos está a ser compensada pela realidade da pequena escala de produção e por uma cadeia de abastecimento imatura.
Em segundo lugar, depois 2023, o preço do carbonato de lítio caiu drasticamente desde o seu pico. Embora o preço tenha se recuperado um pouco, não voltou ao seu máximo anterior. Isso restaurou a vantagem de custo das baterias de íon de lítio, comprimindo diretamente o espaço para baterias de íon de sódio para demonstrar sua vantagem de custo.
O preço das baterias de íon de sódio é o resultado dos efeitos combinados das mudanças no mercado externo e dos estágios de desenvolvimento interno.
Aplicativo
As baterias de íon de lítio são amplamente utilizadas em diversas aplicações, incluindo eletrônicos de consumo, veículos elétricos, e armazenamento de energia, e permanecer o mainstream absoluto no mercado. Devido à sua alta densidade de energia, baterias de íon de lítio são a escolha preferida para aplicações com requisitos rígidos de espaço, bateria de longa duração, e portabilidade.
Atualmente, as baterias de íon de sódio são mais comumente encontradas em cenários de aplicação específicos, como armazenamento de energia ou equipamentos especializados em regiões frias que exigem alto desempenho em baixas temperaturas, ou em veículos elétricos de baixa velocidade onde o espaço não é uma restrição. Se a vantagem de custo das baterias de íon de sódio se tornar aparente no futuro, aplicações de armazenamento de energia em grande escala com altas demandas de custo, vida útil, e segurança, mas requisitos de baixa densidade de energia, será o ideal “campo de batalha principal” para baterias de íon de sódio.
Considerações de compra
Ao comprar baterias de íon de sódio, você estará fazendo uma escolha em um mercado em rápido desenvolvimento, mas ainda não totalmente maduro. Os pontos a seguir devem ajudá-lo em seu processo de tomada de decisão.
Qualidade do Produto
Atualmente, existem vários fabricantes que produzem baterias de íon de sódio. Essas empresas podem ampliar de forma confiável sua tecnologia de laboratório para produção em massa?? Qual é a qualidade real de suas baterias de íon de sódio? Eles atendem às especificações de desempenho que afirmam? Todas essas são considerações cruciais antes de comprar.
Para fabricantes de células de bateria de íon de sódio, escolher empresas com linhas de produção dedicadas e ampla experiência em controle de consistência de materiais e otimização de processos é a primeira garantia da qualidade do produto. Seguindo isso, testar e testar amostras de baterias para observar se elas atendem às especificações é igualmente importante.
Produtos Relacionados
Atualmente, todo o ecossistema das baterias de íon de sódio ainda não está maduro, e a infra-estrutura de apoio ainda está incompleta. Baterias de íon de lítio, por outro lado, tem uma gama completa de produtos de suporte, como carregadores, sistemas de gerenciamento de bateria, sistemas de gerenciamento térmico, inversores, conversores, e módulos de comunicação. As baterias de íon de sódio adotaram inicialmente os mesmos produtos de suporte, padrões de produto, métodos de transporte, e processos de certificação como baterias de íons de lítio. Embora os produtos de apoio relacionados estejam agora gradualmente a ser disponibilizados, e a situação é muito melhor do que antes, ainda é recomendável confirmar a disponibilidade, sustentabilidade, e preços de produtos de suporte antes de comprar células de íon de sódio para baterias ou sistemas, para evitar possíveis problemas mais tarde.
Exigência
Antes de escolher uma bateria de íon de sódio, é útil esclarecer suas necessidades específicas de bateria.
Para projetos recentemente desenvolvidos, além dos pontos mencionados acima, é recomendado considerar se o desempenho e as especificações da bateria de íon de sódio são adequados, e se a produção contínua é viável. Uma bateria de íon de sódio que já foi produzida em massa e recebeu feedback positivo do mercado seria ainda melhor.
Se você estiver substituindo um produto de bateria anterior, considere se é compatível com o seu equipamento existente. Isso inclui verificar as dimensões físicas, tensão, capacidade, e compatibilidade do carregador. Substituir cegamente a bateria pode levar a consequências negativas. Por exemplo, uma tensão incompatível pode impedir a partida do dispositivo ou danificar o controlador.
Resumo
O texto acima é uma comparação entre baterias de íon de sódio e baterias de íon de lítio. Atualmente, ambos têm suas próprias vantagens. As baterias de íon de lítio apresentam alta densidade de energia, uma cadeia industrial madura, e um ecossistema bem estabelecido. As baterias de íon de sódio oferecem vantagens no desempenho em baixas temperaturas e no potencial do material. As baterias de íon de sódio não substituem completamente as baterias de íon de lítio, mas sim um importante complemento e extensão. No futuro, a cadeia industrial de baterias de íon de sódio amadurecerá gradualmente e suas vantagens de custo se tornarão aparentes? Ou as baterias de íons de lítio experimentarão novos avanços tecnológicos? Vamos esperar e ver!
