Angesichts der wachsenden weltweiten Nachfrage nach erneuerbarer und sauberer Energie werden effiziente und nachhaltige Energielösungen immer wichtiger. Aufgrund der Knappheit der Lithiumressourcen Natriumbatterien haben seit 2010 große Aufmerksamkeit von Wissenschaft und Industrie im In- und Ausland erhalten, und die damit verbundene Forschung hat rasch zugenommen.
Derzeit sind Natriumbatterien vom Laborstadium zur Marktanwendung übergegangen. Viele Unternehmen auf der ganzen Welt, wie die chinesische Ningde Times und die japanische Kishida Chemical, haben damit begonnen, ihr industrielles Layout für Natriumbatterien zu entwerfen.
Im Juni 2018 brachte ein chinesisches Unternehmen namens ZhongkeHaina das weltweit erste langsame Elektrofahrzeug mit Natriumbatterie (72 V, 80 Ah) auf den Markt, und im Juni 2021 brachte das Unternehmen ein 1-MWh-Natriumbatterie-Energiespeichersystem auf den Markt.
In diesem Artikel werden die Eigenschaften, Vorteile, der kommerzielle Wert und die zukünftigen Entwicklungsaussichten von Natriumbatterien untersucht.
Inhaltsverzeichnis
So funktionieren Natriumbatterien
Vorteile und Eigenschaften von Natriumbatterien
Anwendungsbereich von Natriumbatterien
Marktaussichten und Entwicklungstrends von Natriumbatterien
Zusammenfassung
So funktionieren Natriumbatterien
Eine Natriumbatterie ist eine sekundäre (wiederaufladbare) Batterie, deren Funktion hauptsächlich auf der Bewegung von Natriumionen zwischen der positiven und negativen Elektrode beruht. Eine Natriumbatterie besteht aus einer positiven Elektrode, einer negativen Elektrode, einem Stromkollektor, einem Elektrolyten und einem Separator.
Das Funktionsprinzip von Natriumbatterien ähnelt dem von Lithium-Ionen-Batterien. Beim Laden und Entladen bewegen sich Natriumionen zwischen den beiden Elektroden hin und her. Beim Laden werden Natriumionen von der positiven Elektrode deinterkaliert und über den Elektrolyten in die negative Elektrode eingebettet. Beim Entladen wird der Prozess umgekehrt: Natriumionen werden aus der negativen Elektrode extrahiert, passieren den Elektrolyten und werden in das Material der positiven Elektrode eingelagert, wodurch die positive Elektrode wieder in einen natriumreichen Zustand versetzt wird.
Vorteile und Eigenschaften von Natriumbatterien
Im Vergleich zu herkömmlichen Lithium-Ionen-Batterien weisen Natriumbatterien einige einzigartige Vorteile und Eigenschaften auf.
Beispielsweise sind Natriumbatterien relativ kostengünstig. Natriumbatterien werden hauptsächlich aus Natriumsalzen hergestellt, die häufiger vorkommen und billiger sind als Lithiumsalze. Darüber hinaus verwenden Natriumbatterien Materialien auf Mangan-Nickel-Basis als positive Elektroden, die den Einsatz seltener und teurer Kobalt- oder Nickelmetalle nicht erfordern, was die Materialkosten weiter senkt. Daher sind die Gesamtherstellungskosten von Natriumbatterien relativ niedrig.
Zweitens sind Natriumbatterien sehr sicher. Sie haben einen höheren Innenwiderstand, was zu einer geringeren Wärmeentwicklung beim Kurzschließen führt. Daher sind sie beim Laden und Entladen stabiler und bergen weniger Sicherheitsrisiken, beispielsweise durch Verbrennung oder Explosionen. Darüber hinaus unterliegen Natrium-Energiespeicherbatterien weniger Temperaturbeschränkungen bei der Verwendung und können auch bei hohen oder niedrigen Temperaturen normal funktionieren.
Drittens sind Natriumbatterien umweltfreundlicher, da sie keine giftigen oder Schwermetallelemente wie Blei und Quecksilber enthalten. Im Vergleich zu anderen Batterietypen haben Natriumbatterien auch geringere negative Auswirkungen auf die Umwelt bei Produktion, Nutzung und Recycling.
Viertens haben sie eine lange Lebensdauer. Natriumbatterien können mehrere tausend Mal oder öfter aufgeladen werden, was deutlich mehr ist als bei herkömmlichen Blei-Säure-Batterien oder Lithium-Ionen-Batterien. Daher kann der Einsatz von Natriumbatterien die Kosten für den Batteriewechsel und die Wartungskosten senken.
Anwendungsbereich von Natriumbatterien
Ein Nachteil von Natriumbatterien besteht darin, dass sie im Vergleich zu Lithiumbatterien eine geringere Energiedichte haben, was bedeutet, dass sie tendenziell mehr Platz für die gleiche Menge gespeicherter Energie benötigen und gewisse Einschränkungen hinsichtlich des Nutzungsraums haben. Es wird daher erwartet, dass sie zunächst in Elektrofahrzeugen mit niedriger Geschwindigkeit zum Einsatz kommen. Mit zunehmender Reife der Branche ist es wahrscheinlich, dass Natriumbatterien schrittweise in Energiespeicherszenarien wie der Speicherung erneuerbarer Energien, der Energiespeicherung im Haushalt und im Netzmaßstab usw. eingesetzt werden.
Trotz ihrer geringeren Kapazität ist die Gesamtleistung von Natriumbatterien dennoch besser als die von Blei-Säure-Batterien. Im Rahmen des globalen Trends zu grüner Entwicklung und Umweltschutz scheint der Ersatz kurzlebiger, stark umweltschädlicher Blei-Säure-Batterien durch Natriumbatterien zum allgemeinen Trend zu werden. Die Industrialisierung von Natriumbatterien steckt noch in den Kinderschuhen, aber die Folgekosten werden voraussichtlich sinken und letztendlich niedriger als die von Blei-Säure-Batterien werden, was großtechnische industrielle Anwendungen ermöglicht.
Darüber hinaus bieten Natriumbatterien aufgrund ihrer geringen Kosten und langen Lebensdauer einzigartige Vorteile in großen Energiespeichersystemen. Im Vergleich zu herkömmlichen Lithium-Ionen-Batteriesystemen können Energiespeichersysteme mit Natriumbatterien den Energiebedarf wirtschaftlicher und zuverlässiger decken. Natriumbatterien werden daher eine wichtige Rolle bei der Speicherung überschüssigen Stroms aus neuen Energiequellen wie Solar- und Windkraft spielen. Die Instabilität dieser erneuerbaren Energiequellen führt dazu, dass die Energieversorgung schwankt, was Natriumbatterien zu einer idealen Wahl für die Speicherung von überschüssigem Strom aus neuen Energiequellen macht.
Marktaussichten und Entwicklungstrends von Natriumbatterien
Da der nachhaltigen Entwicklung und sauberen Energiequellen zunehmend Aufmerksamkeit geschenkt wird, sind die Marktaussichten für Natriumbatterien vielfältig und sie werden wahrscheinlich eine wichtige Rolle bei der künftigen Energiewende spielen. Angesichts der rasanten Entwicklung in den Bereichen Energiespeicherung und Elektrofahrzeuge gibt es reichlich Raum für die Marktexpansion von Natriumbatterien.
Daher wird der Wettbewerb um Markteinfluss im Bereich Natriumbatterien im nächsten Jahrzehnt zu einem neuen Schlachtfeld für die globale Energietechnologie werden und weiterhin ein Investitions-Hotspot sowohl auf Primär- als auch auf Sekundärmärkten bleiben. Den Prognosen von EVTank zufolge wird sich bis 135 eine dedizierte Produktionslinienkapazität von 2023 GWh für Natriumbatterien in der gesamten Elektrobatterie-Industriekette gebildet haben, während das tatsächliche Versandvolumen von Natriumbatterien bis 347 voraussichtlich 2030 GWh erreichen wird. Basierend auf dieser Berechnung ab 2024 Bis 2030 wird die durchschnittliche jährliche Wachstumsrate der Lieferungen von Natriumbatterien auf 58.1 % geschätzt.
Derzeit sind die relevanten Technologien in der Natriumbatterie-Industriekette noch ausgereift. In der Anfangsphase der Verwirklichung der industrialisierten Massenproduktion von Natriumbatterien müssen zwei Aspekte priorisiert werden: erstens die Verbesserung der Batterieleistung, einschließlich Verbesserungen der Energiedichte und der Zyklenlebensdauer. Unter allen aktuellen Technologierouten weist das geschichtete Oxid-Hartkohlenstoff-System die höchste Energiedichte auf und wird voraussichtlich als erstes kommerzialisiert. Es wird erwartet, dass sich auch die niedrige Energiedichte sowohl der preußisch-blauen (weißen) als auch der polyanionischen Route mit der kontinuierlichen Weiterentwicklung großer Hersteller allmählich verbessert und mehr Optionen für Kathodenmaterialien für Natriumbatterien schafft.
Zweitens müssen auch die Kostenüberlegungen für die Großserienproduktion reduziert werden. Im Vergleich zu ausgereifteren Lithiumbatterien sind die Produktionskosten von Natriumbatterien für die Hersteller noch nicht vorteilhaft. Da jedoch große Hersteller ihre Produktion schrittweise steigern und die Produktion in der späteren Phase ausgereift ist, wird erwartet, dass die Kosten für Natriumbatterien auf das Niveau von Blei-Säure-Batterien sinken und sich so einen größeren Wettbewerbsvorteil verschaffen.
Zusammenfassung
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Natriumbatterien als neue Generation der Energiespeichertechnologie einen erheblichen kommerziellen Wert und Entwicklungsperspektiven haben. Aufgrund ihrer geringen Kosten, verbesserten Sicherheit, langen Lebensdauer und Umweltfreundlichkeit sind sie derzeit die ideale Wahl für langsam fahrende Elektrofahrzeuge und die Speicherung erneuerbarer Energien. Da der nachhaltigen Entwicklung und sauberer Energie weltweit zunehmend Aufmerksamkeit geschenkt wird, wird erwartet, dass der Markt für Natriumbatterien weiter wächst. Da sich die Technologie schließlich weiter verbessert, Natriumbatterien Es wird erwartet, dass sie breitere Anwendungen in Bereichen wie tragbaren Batterien finden werden, was noch breitere Entwicklungsaussichten bietet.
