Com a crescente procura global por energia renovável e limpa, soluções energéticas eficientes e sustentáveis estão a tornar-se cada vez mais importantes. Devido à escassez de recursos de lítio, baterias de sódio têm recebido ampla atenção da academia e da indústria, tanto nacional quanto internacionalmente, desde 2010, e a pesquisa relacionada aumentou rapidamente.
Atualmente, as baterias de sódio passaram da fase de laboratório para a aplicação no mercado. Muitas empresas em todo o mundo, como a chinesa Ningde Times e a japonesa Kishida Chemical, começaram a definir o seu layout industrial para baterias de sódio.
Em junho de 2018, uma empresa chinesa chamada ZhongkeHaina lançou o primeiro veículo elétrico de baixa velocidade com bateria de sódio (72V, 80Ah) do mundo e, em junho de 2021, a empresa lançou um sistema de armazenamento de energia com bateria de sódio de 1MWh.
Este artigo explora as características, vantagens, valor comercial e perspectivas de desenvolvimento futuro das baterias de sódio.
Conteúdo
Como funcionam as baterias de sódio
Vantagens e características das baterias de sódio
Faixa de aplicação de baterias de sódio
Perspectivas de mercado e tendências de desenvolvimento de baterias de sódio
Conclusão
Como funcionam as baterias de sódio
Uma bateria de sódio é uma bateria secundária (recarregável) que depende principalmente do movimento de íons de sódio entre os eletrodos positivos e negativos para funcionar. Uma bateria de sódio consiste em um eletrodo positivo, um eletrodo negativo, um coletor de corrente, um eletrólito e um separador.
O princípio de funcionamento das baterias de sódio é semelhante ao das baterias de íon-lítio. Durante a carga e a descarga, os íons de sódio movem-se para frente e para trás entre os dois eletrodos. Durante o carregamento, os íons de sódio são desintercalados do eletrodo positivo e incorporados no eletrodo negativo através do eletrólito. Durante a descarga, o processo é invertido, com os íons de sódio sendo extraídos do eletrodo negativo, passando pelo eletrólito e intercalando-se no material do eletrodo positivo, restaurando o eletrodo positivo a um estado rico em sódio.
Vantagens e características das baterias de sódio
Em comparação com as baterias tradicionais de íons de lítio, as baterias de sódio têm algumas vantagens e características exclusivas.
Por exemplo, as baterias de sódio têm custo relativamente baixo. As baterias de sódio são feitas principalmente de sais de sódio, que são mais abundantes e mais baratos que os sais de lítio. Além disso, as baterias de sódio usam materiais à base de manganês-níquel como eletrodos positivos, que não requerem o uso de metais raros e caros de cobalto ou níquel, reduzindo ainda mais os custos de material. Portanto, o custo geral de fabricação das baterias de sódio é relativamente baixo.
Em segundo lugar, as baterias de sódio são muito seguras. Possuem maior resistência interna, resultando em menor geração de calor durante curto-circuito. Portanto, são mais estáveis durante a carga e descarga e apresentam menos riscos de segurança, como combustão ou explosões. Além disso, as baterias de armazenamento de energia de sódio têm menos restrições de temperatura para uso e podem funcionar normalmente mesmo sob temperaturas altas ou baixas.
Em terceiro lugar, as baterias de sódio são mais ecológicas, pois não contêm elementos tóxicos ou metálicos pesados, como chumbo e mercúrio. Em comparação com outros tipos de baterias, as baterias de sódio também têm um menor impacto negativo no ambiente durante a produção, utilização e reciclagem.
Quarto, eles têm uma longa vida útil. As baterias de sódio podem carregar vários milhares de vezes ou mais, o que é significativamente maior do que as tradicionais baterias de chumbo-ácido ou baterias de íon-lítio. Portanto, o uso de baterias de sódio pode reduzir os custos de substituição e manutenção da bateria.
Faixa de aplicação de baterias de sódio
Uma desvantagem das baterias de sódio é que, em comparação com as baterias de lítio, elas têm uma densidade de energia mais baixa, o que significa que tendem a exigir mais espaço para a mesma quantidade de energia armazenada e têm certas limitações de espaço de uso. Espera-se, portanto, que sejam aplicados primeiro em veículos elétricos de baixa velocidade. À medida que a indústria amadurece, é provável que as baterias de sódio sejam gradualmente aplicadas a cenários de armazenamento de energia, como armazenamento de energia renovável, armazenamento doméstico e de energia em escala de rede, etc.
Apesar das suas capacidades reduzidas, o desempenho abrangente das baterias de sódio é, no entanto, melhor do que o das baterias de chumbo-ácido. Sob a tendência global de desenvolvimento verde e proteção ambiental, a substituição de baterias de chumbo-ácido altamente poluentes e de curta duração por baterias de sódio parece tornar-se a tendência geral. A industrialização das baterias de sódio ainda está na sua infância, mas espera-se que os custos subsequentes diminuam e eventualmente se tornem inferiores aos das baterias de chumbo-ácido, permitindo aplicações industrializadas em grande escala.
Além disso, devido ao seu baixo custo e longa vida útil, as baterias de sódio apresentam vantagens únicas em sistemas de armazenamento de energia em larga escala. Em comparação com os sistemas tradicionais de baterias de íons de lítio, os sistemas de armazenamento de energia construídos com baterias de sódio podem atender às demandas de energia de maneira mais econômica e confiável. As baterias de sódio desempenharão, portanto, um papel importante no armazenamento do excesso de eletricidade proveniente de novas fontes de energia, como a solar e a eólica. A instabilidade destas fontes de energia renováveis significa que o fornecimento de energia flutua, tornando as baterias de sódio uma escolha ideal para armazenar o excesso de electricidade proveniente de novas fontes de energia.
Perspectivas de mercado e tendências de desenvolvimento de baterias de sódio
Com cada vez mais atenção dada ao desenvolvimento sustentável e às fontes de energia limpa, as perspectivas de mercado para as baterias de sódio são amplas e é provável que desempenhem um papel importante nas futuras transições energéticas. Com o rápido desenvolvimento nas áreas de armazenamento de energia e veículos elétricos, há amplo espaço para a expansão do mercado de baterias de sódio.
Como tal, a competição pela influência de mercado no domínio das baterias de sódio tornar-se-á um novo campo de batalha para a tecnologia energética global na próxima década e continuará a ser um centro de investimento nos mercados primários e secundários. De acordo com as previsões da EVTank, uma capacidade de linha de produção dedicada de 135 GWh para baterias de sódio terá sido formada em toda a cadeia da indústria de baterias elétricas até 2023, enquanto o volume real de remessas de baterias de sódio deverá atingir 347 GWh até 2030. Com base neste cálculo, a partir de 2024 até 2030, a taxa composta de crescimento anual das remessas de baterias de sódio é estimada em 58.1%.
Atualmente, as tecnologias relevantes na cadeia da indústria de baterias de sódio ainda estão amadurecendo. Na fase inicial de realização da produção industrializada em massa de baterias de sódio, dois aspectos precisam ser priorizados: primeiro, melhoria no desempenho da bateria, incluindo melhorias na densidade de energia e no ciclo de vida. Entre todas as rotas tecnológicas atuais, o sistema de carbono duro com óxido em camadas tem a maior densidade energética e espera-se que seja comercializado primeiro. Espera-se também que a densidade de baixa energia das rotas azul da Prússia (branca) e polianiônica melhore gradualmente com o avanço contínuo dos principais fabricantes, criando mais opções para materiais de cátodo de bateria de sódio.
Em segundo lugar, as considerações de custos para a produção em grande escala também devem ser reduzidas. Comparado com baterias de lítio mais maduras, o custo de produção das baterias de sódio ainda não é vantajoso para os fabricantes. No entanto, à medida que os principais fabricantes aumentam gradualmente a sua produção e a produção da fase final amadurece, espera-se que o custo das baterias de sódio caia para o nível das baterias de chumbo-ácido, ganhando uma maior vantagem competitiva.
Conclusão
Em conclusão, as baterias de sódio, como uma nova geração de tecnologia de armazenamento de energia, têm um valor comercial significativo e perspectivas de desenvolvimento. Com o seu baixo custo, maior segurança, longa vida útil e respeito pelo ambiente, são atualmente a escolha ideal para veículos elétricos de baixa velocidade e armazenamento de energia renovável. Com a crescente atenção global dada ao desenvolvimento sustentável e à energia limpa, espera-se que o mercado de baterias de sódio continue a crescer. Finalmente, à medida que a tecnologia continua a melhorar, baterias de sódio espera-se que encontrem aplicações mais amplas em áreas como baterias portáteis, apresentando perspectivas de desenvolvimento ainda mais amplas.
