Con la creciente demanda mundial de energía renovable y limpia, las soluciones energéticas eficientes y sostenibles son cada vez más importantes. Debido a la escasez de recursos de litio, baterías de sodio han recibido una amplia atención por parte de la academia y la industria tanto a nivel nacional como internacional desde 2010, y la investigación relacionada ha aumentado rápidamente.
Actualmente, las baterías de sodio han pasado de la etapa de laboratorio a la aplicación en el mercado. Muchas empresas de todo el mundo, como Ningde Times de China y Kishida Chemical de Japón, han comenzado a diseñar su diseño industrial para baterías de sodio.
En junio de 2018, una empresa china llamada ZhongkeHaina lanzó el primer vehículo eléctrico de baja velocidad con batería de sodio (72 V, 80 Ah) del mundo y, en junio de 2021, la empresa lanzó un sistema de almacenamiento de energía con batería de sodio de 1 MWh.
Este artículo explora las características, ventajas, valor comercial y perspectivas de desarrollo futuro de las baterías de sodio.
Índice del contenido
Cómo funcionan las baterías de sodio
Ventajas y características de las baterías de sodio.
Rango de aplicación de baterías de sodio.
Perspectivas del mercado y tendencias de desarrollo de las baterías de sodio.
Conclusión
Cómo funcionan las baterías de sodio
Una batería de sodio es una batería secundaria (recargable) que depende principalmente del movimiento de iones de sodio entre los electrodos positivo y negativo para funcionar. Una batería de sodio consta de un electrodo positivo, un electrodo negativo, un colector de corriente, un electrolito y un separador.
El principio de funcionamiento de las baterías de sodio es similar al de las baterías de iones de litio. Durante la carga y descarga, los iones de sodio se mueven hacia adelante y hacia atrás entre los dos electrodos. Durante la carga, los iones de sodio se desintercalan del electrodo positivo y se incrustan en el electrodo negativo a través del electrolito. Durante la descarga, el proceso se invierte: los iones de sodio se extraen del electrodo negativo, pasan a través del electrolito y se intercalan en el material del electrodo positivo, restaurando el electrodo positivo a un estado rico en sodio.
Ventajas y características de las baterías de sodio.
En comparación con las baterías tradicionales de iones de litio, las baterías de sodio tienen algunas ventajas y características únicas.
Por ejemplo, las baterías de sodio tienen un costo relativamente bajo. Las baterías de sodio se fabrican principalmente a partir de sales de sodio, que son más abundantes y más baratas que las sales de litio. Además, las baterías de sodio utilizan materiales a base de níquel y manganeso como electrodos positivos, que no requieren el uso de metales raros y costosos de cobalto o níquel, lo que reduce aún más los costos de material. Por tanto, el coste total de fabricación de las baterías de sodio es relativamente bajo.
En segundo lugar, las baterías de sodio son muy seguras. Tienen una mayor resistencia interna, lo que resulta en una menor generación de calor durante el cortocircuito. Por lo tanto, son más estables durante la carga y descarga y plantean menos riesgos de seguridad, como por combustión o explosiones. Además, las baterías de almacenamiento de energía de sodio tienen menos restricciones de temperatura para su uso y pueden funcionar normalmente incluso a temperaturas altas o bajas.
En tercer lugar, las baterías de sodio son más respetuosas con el medio ambiente ya que no contienen elementos tóxicos ni metales pesados como plomo y mercurio. En comparación con otros tipos de baterías, las baterías de sodio también tienen un menor impacto negativo en el medio ambiente durante su producción, uso y reciclaje.
Cuarto, tienen una larga vida útil. Las baterías de sodio pueden cargarse varios miles de veces o más, lo que es significativamente más que las baterías tradicionales de plomo-ácido o las baterías de iones de litio. Por lo tanto, el uso de baterías de sodio puede reducir los costos de reemplazo y mantenimiento de las baterías.
Rango de aplicación de baterías de sodio.
Una desventaja de las baterías de sodio es que, en comparación con las de litio, tienen una menor densidad de energía, lo que significa que tienden a requerir más espacio para la misma cantidad de energía almacenada y tienen ciertas limitaciones en el espacio de uso. Por tanto, se espera que se apliquen primero en vehículos eléctricos de baja velocidad. A medida que la industria madure, es probable que las baterías de sodio se apliquen gradualmente a escenarios de almacenamiento de energía, como el almacenamiento de energía renovable, el almacenamiento de energía doméstico y a escala de red, etc.
A pesar de sus capacidades reducidas, el rendimiento general de las baterías de sodio es mejor que el de las baterías de plomo-ácido. Bajo la tendencia mundial de desarrollo ecológico y protección del medio ambiente, la sustitución de baterías de plomo-ácido altamente contaminantes y de corta duración por baterías de sodio parece convertirse en la tendencia general. La industrialización de las baterías de sodio aún está en sus inicios, pero se espera que los costos posteriores disminuyan y eventualmente sean más bajos que los de las baterías de plomo-ácido, lo que permitirá aplicaciones industrializadas a gran escala.
Además, debido a su bajo costo y larga vida útil, las baterías de sodio tienen ventajas únicas en los sistemas de almacenamiento de energía a gran escala. En comparación con los sistemas tradicionales de baterías de iones de litio, los sistemas de almacenamiento de energía construidos con baterías de sodio pueden satisfacer las demandas de energía de manera más económica y confiable. Por lo tanto, las baterías de sodio desempeñarán un papel importante en el almacenamiento del exceso de electricidad procedente de nuevas fuentes de energía, como la solar y la eólica. La inestabilidad de estas fuentes de energía renovables significa que los suministros de energía fluctúan, lo que convierte a las baterías de sodio en una opción ideal para almacenar el exceso de electricidad procedente de nuevas fuentes de energía.
Perspectivas del mercado y tendencias de desarrollo de las baterías de sodio.
Dado que se presta cada vez más atención al desarrollo sostenible y las fuentes de energía limpia, las perspectivas del mercado para las baterías de sodio son amplias y es probable que desempeñen un papel importante en futuras transiciones energéticas. Con el rápido desarrollo en los campos del almacenamiento de energía y los vehículos eléctricos, hay un amplio margen para la expansión del mercado de las baterías de sodio.
Como tal, la competencia por la influencia del mercado en el campo de las baterías de sodio se convertirá en un nuevo campo de batalla para la tecnología energética global en la próxima década y seguirá siendo un foco de inversión tanto en los mercados primarios como secundarios. Según las previsiones de EVTank, para 135 se habrá formado una línea de producción dedicada con una capacidad de 2023 GWh para baterías de sodio en toda la cadena industrial de baterías eléctricas, mientras que se prevé que el volumen real de envío de baterías de sodio alcance los 347 GWh para 2030. Según este cálculo, a partir de 2024 Hasta 2030, se estima que la tasa de crecimiento anual compuesta de los envíos de baterías de sodio será del 58.1%.
En la actualidad, las tecnologías relevantes en la cadena industrial de baterías de sodio aún están madurando. En la etapa inicial de realización de la producción industrializada en masa de baterías de sodio, es necesario priorizar dos aspectos: primero, la mejora del rendimiento de la batería, incluidas mejoras en la densidad de energía y el ciclo de vida. Entre todas las rutas tecnológicas actuales, el sistema de capas de óxido-carbono duro tiene la mayor densidad de energía y se espera que sea el primero en comercializarse. También se espera que la baja densidad de energía del azul de Prusia (blanco) y de las rutas polianiónicas mejore gradualmente con el avance continuo de los principales fabricantes, creando más opciones para los materiales catódicos de baterías de sodio.
En segundo lugar, también deben reducirse las consideraciones de costos para la producción a gran escala. En comparación con las baterías de litio más maduras, el coste de producción de las baterías de sodio aún no resulta ventajoso para los fabricantes. Sin embargo, a medida que los principales fabricantes aumenten gradualmente su producción y madure la producción en las últimas etapas, se espera que el costo de las baterías de sodio caiga al nivel de las baterías de plomo-ácido, obteniendo una mayor ventaja competitiva.
Conclusión
En conclusión, las baterías de sodio, como nueva generación de tecnología de almacenamiento de energía, tienen un importante valor comercial y perspectivas de desarrollo. Con su bajo costo, mayor seguridad, larga vida útil y respeto al medio ambiente, actualmente son la opción ideal para vehículos eléctricos de baja velocidad y almacenamiento de energía renovable. Con la creciente atención mundial que se presta al desarrollo sostenible y la energía limpia, se espera que el mercado de baterías de sodio siga creciendo. Finalmente, a medida que la tecnología continúa mejorando, baterías de sodio Se espera que encuentren aplicaciones más amplias en áreas como las baterías portátiles, mostrando perspectivas de desarrollo aún más amplias.
