Применение и преимущества ионно-натриевых батарей

Введение

В быстро развивающемся мире хранения энергии натрий-ионные батареи производят фурор как многообещающая альтернатива традиционным литий-ионным и свинцово-кислотным батареям. Благодаря последним достижениям в области технологий и растущему спросу на экологичные решения, натрий-ионные аккумуляторы обладают уникальным набором преимуществ. Они выделяются превосходными характеристиками при экстремальных температурах, впечатляющими скоростными возможностями и высокими стандартами безопасности. В этой статье рассматриваются интересные области применения натрий-ионных батарей и исследуется, как они могут заменить свинцово-кислотные батареи и частично заменить литий-ионные батареи в конкретных сценариях, предлагая при этом экономически эффективное решение.

Камада ПауэрэтоКитайские производители натрий-ионных аккумуляторов, предлагаяНатрий-ионный аккумулятор для продажииИонно-натриевый аккумулятор 12 В, 100 Ач, Ионно-натриевый аккумулятор 12 В, 200 Ач, поддерживатьиндивидуальная нано-батареянапряжение (12 В, 24 В, 48 В), емкость (50 Ач, 100 Ач, 200 Ач, 300 Ач), функция, внешний вид и так далее.

1.1 Множество преимуществ натрий-ионной батареи

В сравнении с литий-железо-фосфатными (LFP) и тройными литиевыми батареями натрий-ионные батареи демонстрируют сочетание сильных сторон и областей, требующих улучшения. По мере того, как эти батареи переходят в массовое производство, ожидается, что они будут демонстрировать экономическую выгоду благодаря сырью, превосходному сохранению емкости при экстремальных температурах и исключительной производительности. Однако в настоящее время они имеют более низкую плотность энергии и более короткий срок службы, а это области, которые все еще нуждаются в доработке. Несмотря на эти проблемы, натрий-ионные батареи превосходят свинцово-кислотные батареи во всех отношениях и готовы заменить их по мере расширения производства и снижения затрат.

Сравнение производительности натрий-ионных, литий-ионных и свинцово-кислотных аккумуляторов

1.1.1 Превосходное сохранение емкости натрий-ионной батареи при экстремальных температурах

Натрий-ионные аккумуляторы отлично справляются с экстремальными температурами и эффективно работают при температуре от -40°C до 80°C. Они разряжаются более чем на 100 % своей номинальной емкости при высоких температурах (55 °C и 80 °C) и при этом сохраняют более 70 % своей номинальной емкости при температуре -40 °C. Они также поддерживают зарядку при температуре -20°C с эффективностью почти 100%.

По характеристикам при низких температурах натрий-ионные аккумуляторы превосходят как LFP, так и свинцово-кислотные аккумуляторы. При температуре -20°C натрий-ионные аккумуляторы сохраняют около 90% своей емкости, тогда как аккумуляторы LFP падают до 70%, а свинцово-кислотные аккумуляторы - всего до 48%.

Кривые разрядки ионно-натриевых аккумуляторов (слева), аккумуляторов LFP (в центре) и свинцово-кислотных аккумуляторов (справа) при различных температурах

1.1.2 Исключительная производительность натрий-ионной батареи

Ионы натрия благодаря меньшему стоксову диаметру и меньшей энергии сольватации в полярных растворителях обладают более высокой проводимостью электролита по сравнению с ионами лития. Диаметр Стокса — это мера размера сферы в жидкости, которая оседает с той же скоростью, что и частица; меньший диаметр обеспечивает более быстрое движение ионов. Более низкая энергия сольватации означает, что ионы натрия могут легче отбрасывать молекулы растворителя на поверхность электрода, улучшая диффузию ионов и ускоряя кинетику ионов в электролите.

Сравнение размеров сольватированных ионов и энергии сольватации (кДж/моль) натрия и лития в различных растворителях

Такая высокая проводимость электролита приводит к впечатляющим скоростным характеристикам. Натрий-ионный аккумулятор может заряжаться до 90% всего за 12 минут — быстрее, чем литий-ионный и свинцово-кислотный аккумулятор.

Сравнение производительности быстрой зарядки

1.1.3 Превосходные показатели безопасности натрий-ионной батареи в экстремальных условиях

Литий-ионные аккумуляторы могут быть склонны к тепловому выходу из строя в различных неблагоприятных условиях, таких как механическое воздействие (например, раздавливание, прокалывание), электрическое воздействие (например, короткие замыкания, чрезмерный заряд, чрезмерная разрядка) и термическое воздействие (например, перегрев). . Если внутренняя температура достигает критической точки, это может вызвать опасные побочные реакции и вызвать чрезмерное нагревание, что приведет к выходу из-под контроля.

С другой стороны, натрий-ионные батареи не показали таких же проблем с температурным разгоном в тестах на безопасность. Они прошли оценку на перезаряд/разряд, внешние короткие замыкания, высокотемпературное старение и испытания на неправильное обращение, такие как раздавливание, проколы и воздействие огня, без рисков, связанных с литий-ионными батареями.

2.2 Экономически эффективные решения для различных применений, расширяющие рыночный потенциал

Натрий-ионные аккумуляторы отличаются экономической эффективностью в различных областях применения. Они превосходят свинцово-кислотные аккумуляторы в нескольких областях, что делает их привлекательной заменой на таких рынках, как малые электроэнергетические системы для двухколесных транспортных средств, автомобильные системы старт-стоп и базовые станции телекоммуникаций. Благодаря улучшению характеристик цикла и снижению затрат за счет массового производства, натрий-ионные батареи могут также частично заменить батареи LFP в электромобилях класса A00 и в сценариях хранения энергии.

Применение натрий-ионной батареи

• Двухколесные системы малой мощности:Натрий-ионные аккумуляторы имеют более низкую стоимость жизненного цикла и плотность энергии по сравнению со свинцово-кислотными аккумуляторами.
• Автомобильные системы старт-стоп:Их превосходные характеристики при высоких и низких температурах, а также превосходный срок службы циклов хорошо соответствуют требованиям автомобильной системы старт-стоп.
• Базовые станции связи:Высокая безопасность и устойчивость к чрезмерному разряду делают натрий-ионный аккумулятор идеальным для поддержания электропитания во время отключений электроэнергии.
• Хранение энергии:Натрий-ионные аккумуляторы хорошо подходят для хранения энергии благодаря своей высокой безопасности, отличным температурным характеристикам и длительному сроку службы.
• Электромобили класса А00:Они обеспечивают экономичное и стабильное решение, отвечающее потребностям в плотности энергии для этих транспортных средств.

2.2.1 Электромобили класса A00: решение проблемы колебаний цен на LFP из-за стоимости сырья

Электромобили класса А00, также известные как микроавтомобили, разработаны с учетом экономичности и компактных размеров, что делает их идеальными для навигации по пробкам и поиска парковки в людных местах.

Для этих автомобилей стоимость аккумулятора является важным фактором. Большинство автомобилей класса A00 стоят от 30 000 до 80 000 юаней, что ориентировано на чувствительный к цене рынок. Учитывая, что аккумуляторы составляют значительную часть стоимости автомобиля, стабильные цены на аккумуляторы имеют решающее значение для продаж.

Эти микроавтомобили обычно имеют запас хода менее 250 км, и лишь небольшой процент предлагает запас хода до 400 км. Таким образом, высокая плотность энергии не является первоочередной проблемой.

Натрий-ионные батареи имеют стабильную стоимость сырья, поскольку в их производстве используется карбонат натрия, который в изобилии и менее подвержен колебаниям цен по сравнению с батареями LFP. Их плотность энергии конкурентоспособна для автомобилей класса A00, что делает их экономически эффективным выбором.

2.2.2 Рынок свинцово-кислотных аккумуляторов: натрий-ионные аккумуляторы превосходят по всем показателям и готовы к замене

Свинцово-кислотные аккумуляторы в основном используются в трех приложениях: небольших энергосистемах для двухколесных транспортных средств, автомобильных системах старт-стоп и резервных батареях базовых станций телекоммуникаций.

• Двухколесные малые энергетические системы: Натрий-ионные аккумуляторы обеспечивают превосходную производительность, более длительный срок службы и более высокую безопасность по сравнению со свинцово-кислотными аккумуляторами.

• Автомобильные системы старт-стоп: Высокая безопасность и быстрая зарядка натрий-ионных аккумуляторов делают их идеальной заменой свинцово-кислотных аккумуляторов в системах старт-стоп.
• Базовые станции телекоммуникаций: Натрий-ионные аккумуляторы обеспечивают лучшую производительность с точки зрения выносливости при высоких и низких температурах, экономичности и долгосрочной безопасности по сравнению со свинцово-кислотными аккумуляторами.

Натрий-ионные аккумуляторы превосходят свинцово-кислотные по всем параметрам. Способность эффективно работать при экстремальных температурах в сочетании с более высокой плотностью энергии и ценовыми преимуществами делает натрий-ионные батареи подходящей заменой свинцово-кислотных батарей. Ожидается, что натрий-ионные аккумуляторы будут доминировать по мере развития технологии и повышения экономической эффективности.

Заключение

Поскольку поиск инновационных решений для хранения энергии продолжается,Натрий-ионный аккумуляторвыделяются как универсальный и экономичный вариант. Их способность хорошо работать в широком диапазоне температур в сочетании с впечатляющими скоростными возможностями и улучшенными функциями безопасности делает их сильным конкурентом на рынке аккумуляторов. Ионно-натриевые аккумуляторы предлагают практичное и перспективное решение, будь то питание электромобилей класса A00, замена свинцово-кислотных аккумуляторов в небольших энергосистемах или поддержка базовых станций телекоммуникаций. Благодаря постоянному развитию и потенциальному снижению затрат за счет массового производства, натрий-ионная технология сыграет ключевую роль в формировании будущего хранения энергии.