Натрий-ионный аккумулятор часто упоминается как альтернатива литий-ионному аккумулятору.. За последние шесть месяцев, Значительный скачок цен на сырье для литий-ионных аккумуляторов может привести к росту цен на литий-ионные аккумуляторы. Тем временем, натрий-ионная батарея постепенно переходит от лабораторной стадии к ранним этапам коммерциализации. Эти совокупные факторы привлекли все большее внимание общественности к натрий-ионным батареям.. Следующий, мы подробно рассмотрим эти два типа батарей посредством многогранного сравнения ионных и натриевых батарей. литий-ионный аккумулятор.
Основные принципы и структура
Основной принцип
И натрий-ионные, и литий-ионные аккумуляторы основаны на “кресло-качалка” зарядно-разрядный механизм. (Для детального понимания принципа работы натрий-ионных аккумуляторов, Пожалуйста, нажмите: Как работает ионная батарея натрия?) Во время зарядки, ионы щелочных металлов (Ли⁺ или Na⁺) извлекаются из положительного электрода и внедряются в отрицательный электрод через электролит; процесс разрядки обратный. Однако, различия в физико-химических свойствах самих ионов (например ионный радиус, стандартный электродный потенциал, и масса) являются коренной причиной их разногласий.
Ионный радиус Na⁺ (ион натрия) является 1.02 Ой, и ионный радиус Li⁺ (литий-ионный) является 0.76 Ой. Na⁺ больше Li⁺, поэтому его сложнее внедрить/извлечь в кристаллическую структуру, что легко приводит к большим структурным изменениям объема.
Стандартный электродный потенциал Na⁺ (ион натрия) является -2.71 В (против. ОНА), и стандартный электродный потенциал Li⁺ (литий-ионный) является -3.04 В (против. ОНА). Потенциал Na⁺ выше, что приводит к тому, что рабочее напряжение и плотность энергии натрий-ионных аккумуляторов обычно ниже, чем у литий-ионных аккумуляторов..
Атомный вес Na⁺ (ион натрия) является 22.99 г/моль, и атомный вес Li⁺ (литий-ионный) является 6.94 г/моль. Na⁺ тяжелее, что также является одной из причин, почему массовая плотность энергии натрий-ионных аккумуляторов ниже, чем у литий-ионных аккумуляторов..
Материал
Как натрий-ионные, так и литий-ионные аккумуляторы имеют несколько типов катодных материалов из-за различий в их химическом составе и технологических маршрутах.. Однако, вообще говоря, катодные материалы для литий-ионных аккумуляторов дороже, и их ресурсы ограничены и легко ограничены. Катодные материалы для натрий-ионных аккумуляторов, с другой стороны, в изобилии, равномерно распределены, и низкая стоимость.
Что касается анодных материалов, литий-ионные аккумуляторы в основном используют графит; в то время как натрий-ионные аккумуляторы, из-за несовместимости графита с интеркаляцией ионов натрия, в настоящее время в основном используют твердый углерод. В этом аспекте, натрий-ионные аккумуляторы имеют более высокую стоимость, что является одним из ключевых узких мест в их технологической зрелости и контроле затрат..
Электролит в натрий-ионных батареях очень похож на электролит в литий-ионных батареях., но вместо солей лития используются соли натрия, что приводит к снижению затрат.
Потому что алюминий образует сплавы с литием при низких потенциалах., В токосъемниках литий-ионных аккумуляторов обычно используется медная фольга.. Ионы натрия не оказывают такого эффекта., поэтому в токосъемниках натриево-ионных аккумуляторов обычно используется более дешевая алюминиевая фольга., что напрямую снижает материальные затраты и вес батареи.
Плотность энергии
Будь то LFP или NCM, литий-ионные аккумуляторы имеют более высокую плотность энергии, чем натрий-ионные.. Гравиметрическая плотность энергии натрий-ионных аккумуляторов составляет примерно 20-40% ниже, чем у литий-ионных аккумуляторов, а разница объемной плотности энергии еще больше.
В то время как плотность энергии натрий-ионных батарей постепенно улучшается с развитием технологий., он сталкивается с теоретическим пределом из-за свойств, присущих натрию., что является одним из недостатков натрий-ионных аккумуляторов.
Цикл жизни
На срок службы аккумуляторов влияют различные факторы., включая химический состав, технология производства, и операционная среда.
Срок службы литий-ионных аккумуляторов обычно составляет от 3,000 к 10,000 циклы, с литий-железо-фосфатом (ЛФП) литий-ионные аккумуляторы, демонстрирующие особенно выдающийся срок службы. Натрий-ионные аккумуляторы обычно имеют срок службы около 2,000 к 6,000 циклы. Некоторые производители натрий-ионных аккумуляторов заявляют, что срок их службы составляет до 10,000 циклы.
В настоящее время, Срок службы литий-ионных батарей обычно немного выше, чем у натрий-ионных батарей..
Температура
Диапазон рабочих температур аккумулятора существенно влияет на сценарии его применения..
Натрий-ионные аккумуляторы имеют более широкий диапазон рабочих температур по сравнению с литий-ионными аккумуляторами., особенно демонстрируя явное преимущество при низких температурах. Электролит в натрий-ионных аккумуляторах имеет лучшую проводимость при низких температурах., поддержание примерно 90% своей мощности при -40°C. Среди литий-ионных аккумуляторов, Аккумуляторы NMC достаточно хорошо работают при низких температурах, но имеют плохую термическую стабильность.; Аккумуляторы LFP имеют относительно лучшую термическую стабильность., но их характеристики менее идеальны при низких температурах, что влияет на их общую производительность.
В общем, Натрий-ионные аккумуляторы работают лучше, чем литий-ионные, в условиях низких температур.. Однако, Технология литий-ионных аккумуляторов постоянно совершенствуется, и с хорошо развитыми вспомогательными продуктами, их все еще можно использовать в некоторых экстремальных условиях, эффективно контролируя температуру..
Зарядка и разрядка
Теоретически, Ионы Na⁺ имеют меньший радиус Стокса и более низкий межфазный импеданс., что приводит к более высокой подвижности ионов в некоторых электролитах. Поэтому, натрий-ионные аккумуляторы имеют более высокую скорость зарядки, и их потенциал быстрой зарядки превосходит потенциал литий-ионных батарей..
Натрий-ионные аккумуляторы относительно лучше переносят перезарядку и чрезмерную разрядку., и некоторые системы могут выдерживать более широкий диапазон напряжений.. Однако, чрезмерная зарядка и разрядка все равно повлияет на производительность и срок службы, и может даже привести к опасным ситуациям. Литий-ионные аккумуляторы более чувствительны к перезарядке и чрезмерной разрядке.; перезарядка может вызвать отек, Чрезмерная разрядка может привести к необратимой потере емкости.. Поэтому, Правильная конструкция и управление аккумуляторной системой имеют решающее значение для литий-ионных батарей..
Расходы
Как мы анализировали ранее в этой статье, натрий-ионные батареи теоретически имеют ценовое преимущество перед литий-ионными батареями.. Однако, на реальном рынке, вы обнаружите, что разница в цене между ними незначительна. Почему это?
Во-первых, масштабы производства натрий-ионных аккумуляторов гораздо меньше, чем литий-ионных., что делает невозможным рассредоточение оборудования, Р&Д, и затраты на производство. Основные материалы, специфичные для натрий-ионных аккумуляторов (такие как твердые углеродные аноды и специальные катоды) еще не сформировали эффективную, бюджетный, и стабильная цепочка поставок, которой пользуются литий-ионные аккумуляторы. Это напрямую увеличивает производственные затраты.. В настоящее время, натрий-ионные аккумуляторы находятся на ранних стадиях индустриализации, и их теоретическое преимущество в издержках компенсируется реальностью небольших масштабов производства и неразвитой цепочки поставок..
Во-вторых, после 2023, цена на карбонат лития резко упала со своего пика. Хотя цена несколько подскочила, он не вернулся к своему прежнему максимуму. Это восстановило ценовое преимущество литий-ионных батарей., прямое сжатие места для натрий-ионных батарей, чтобы продемонстрировать их экономическое преимущество.
Цена натрий-ионных аккумуляторов является результатом совокупного воздействия изменений внешнего рынка и этапов внутреннего развития..
Приложение
Литий-ионные аккумуляторы широко используются в различных приложениях., включая бытовую электронику, электромобили, и накопление энергии, и оставаться абсолютным мейнстримом на рынке. Благодаря высокой плотности энергии, Литий-ионные аккумуляторы являются предпочтительным выбором для применений со строгими требованиями к пространству., длительное время автономной работы, и портативность.
Натрий-ионные батареи в настоящее время чаще встречаются в конкретных сценариях применения., например, накопители энергии или специализированное оборудование в холодных регионах, требующее высоких характеристик при низких температурах., или в тихоходных электромобилях, где пространство не является ограничением. Если в будущем станет очевидным ценовое преимущество натрий-ионных батарей, крупномасштабные приложения для хранения энергии с высокими требованиями к стоимости, продолжительность жизни, и безопасность, но требования к низкой плотности энергии, будет идеал “главное поле боя” для натрий-ионных аккумуляторов.
Рекомендации по покупке
При покупке натрий-ионных аккумуляторов, вы будете делать выбор на быстро развивающемся, но еще не полностью зрелом рынке. Следующие пункты должны помочь вам в процессе принятия решений..
Качество продукции
В настоящее время, существует множество производителей, производящих натрий-ионные аккумуляторы.. Могут ли эти компании надежно расширить свои лабораторные технологии до массового производства?? Каково фактическое качество их натрий-ионных батарей?? Соответствуют ли они заявленным характеристикам производительности?? Это все важные соображения перед покупкой..
Для производителей натрий-ионных аккумуляторных элементов, Выбор компаний со специализированными производственными линиями и обширным опытом в области контроля консистенции материалов и оптимизации процессов является первой гарантией качества продукции.. После этого, не менее важно тестирование и испытание образцов аккумуляторов на предмет соответствия их спецификациям..
Сопутствующие товары
В настоящее время, вся экосистема натрий-ионных аккумуляторов еще не созрела, и вспомогательная инфраструктура все еще не завершена. Литий-ионные аккумуляторы, с другой стороны, иметь полный спектр вспомогательных продуктов, такие как зарядные устройства, системы управления батареями, системы терморегулирования, инверторы, преобразователи, и модули связи. В натрий-ионных батареях изначально использовались те же вспомогательные продукты., стандарты продукции, способы транспортировки, и процессы сертификации в качестве литий-ионных батарей. Хотя сопутствующие вспомогательные продукты сейчас постепенно становятся доступными., и ситуация намного лучше, чем раньше, все же рекомендуется подтвердить наличие, устойчивость, и цены на вспомогательные продукты перед покупкой натрий-ионных элементов для аккумуляторных блоков или систем., чтобы избежать возможных проблем в дальнейшем.
Требование
Прежде чем выбрать натрий-ионный аккумулятор, полезно уточнить ваши конкретные потребности в аккумуляторе.
Для вновь разрабатываемых проектов, в дополнение к пунктам, указанным выше, рекомендуется учитывать, подходят ли характеристики и характеристики натрий-ионного аккумулятора., и возможно ли непрерывное производство. Ионно-натриевый аккумулятор, который уже производится серийно и получил положительные отзывы рынка, был бы еще лучше..
Если вы заменяете предыдущую батарею, пожалуйста, подумайте, совместимо ли оно с вашим существующим оборудованием. Это включает в себя проверку физических размеров, Напряжение, емкость, и совместимость зарядного устройства. Слепая замена аккумулятора может привести к негативным последствиям.. Например, несовместимое напряжение может помешать запуску устройства или повредить контроллер..
Краткое содержание
Выше приведено сравнение натрий-ионных и литий-ионных аккумуляторов.. В настоящее время, у обоих есть свои преимущества. Литий-ионные аккумуляторы обладают высокой плотностью энергии, развитая производственная цепочка, и хорошо развитая экосистема. Натрий-ионные аккумуляторы обладают преимуществами в низкотемпературных характеристиках и материальном потенциале.. Натрий-ионные аккумуляторы не являются полной заменой литий-ионных аккумуляторов., а скорее важное дополнение и расширение. В будущем, будет ли производственная цепочка натрий-ионных аккумуляторов постепенно развиваться и ее ценовые преимущества станут очевидными?? Или литий-ионные аккумуляторы испытают новые технологические прорывы?? Давайте подождем и посмотрим!
