És evident que el sostre per al nou sector energètic és més alt del que s'esperava, amb capital que encara continua entrant, aparentment a la recerca de la propera "Tecnologia Amperex Contemporània" o "BYD".
Visió general
Les bateries d'ions de sodi (anomenades "bateries de sodi") són un tipus de bateria recarregable que funciona transportant ions de sodi entre el càtode i l'ànode durant la càrrega i la descàrrega. El seu principi de funcionament i estructura són similars a les bateries d'ions de liti més utilitzades.
Tant el sodi com el liti pertanyen al mateix grup d'elements i presenten comportaments similars de càrrega i descàrrega electroquímica en forma de "cadira de balancí". Durant el procés de càrrega d'una bateria d'ions de sodi, els ions de sodi es desprenen del càtode i s'incrusten a l'ànode mentre els electrons viatgen pel circuit extern. Com més ions de sodi hi hagi incrustats a l'ànode, més alta serà la capacitat de càrrega. Per contra, durant la descàrrega, els ions de sodi tornen de l'ànode al càtode, augmentant la capacitat de descàrrega a mesura que més ions de sodi tornen enrere.
Principi de funcionament
El principi de funcionament de les bateries d'ions de sodi és similar al de les bateries d'ions de liti, ja que implica la inserció i extracció d'ions de sodi per aconseguir la transferència de càrrega. Durant la descàrrega, els ions de sodi surten del material de l'ànode i entren al material del càtode, amb els electrons que flueixen de l'ànode al càtode, alliberant energia.
Durant la càrrega, els ions de sodi es desprenen del material del càtode i es mouen cap al material de l'ànode a través de l'electròlit, mentre que els electrons flueixen cap al material de l'ànode a través del circuit extern. Idealment, la inserció i extracció d'ions durant la càrrega i la descàrrega no hauria d'alterar l'estructura del material ni causar reaccions secundàries amb l'electròlit. Tanmateix, la tecnologia actual s'enfronta a reptes a causa del radi més gran dels ions de sodi, cosa que provoca canvis en l'estructura del material durant la inserció d'ions, la qual cosa resulta en una disminució del rendiment i l'estabilitat del cicle.
Avantatges
Densitat d'energia:Les cel·les de bateries d'ions de sodi solen tenir una densitat d'energia de 100-150 Wh/kg, mentre que les cel·les de bateries d'ions de liti generalment oscil·len entre els 120 i els 200 Wh/kg, i els sistemes ternaris amb alt contingut de níquel superen els 200 Wh/kg. Tot i que actualment les bateries d'ions de sodi tenen una densitat d'energia inferior a les bateries ternàries de liti, poden superposar-se parcialment o cobrir el rang de densitat d'energia de les bateries de fosfat de liti i ferro (120-200 Wh/kg) i les bateries de plom-àcid (30-50 Wh/kg).
Rang de temperatura de funcionament i seguretat:Les bateries d'ions de sodi funcionen en un ampli rang de temperatures, normalment de -40 °C a 80 °C. En canvi, les bateries ternàries d'ions de liti solen funcionar entre -20 °C i 60 °C, i el rendiment disminueix per sota dels 0 °C. Les bateries d'ions de sodi poden mantenir un estat de càrrega (SOC) superior al 80 % a -20 °C. A més, a causa d'una major resistència interna, les bateries d'ions de sodi són menys propenses a escalfar-se durant els curtcircuits, cosa que ofereix una major seguretat en comparació amb les bateries d'ions de liti.
Rendiment de la taxa:El rendiment de la velocitat de càrrega i descàrrega de les bateries d'ions de sodi està directament relacionat amb la capacitat de migració dels ions de sodi a la interfície elèctrode-electròlit. Els factors que afecten la velocitat de migració dels ions influeixen en el rendiment de la velocitat de la bateria. A més, la velocitat de dissipació de calor interna és crucial per a la seguretat i la vida útil durant la càrrega i descàrrega d'alta velocitat. Gràcies a la seva estructura cristal·lina, les bateries d'ions de sodi presenten un bon rendiment de velocitat, cosa que les fa adequades per a l'emmagatzematge d'energia i les aplicacions de font d'alimentació a gran escala.
Velocitat de càrrega:Les bateries d'ions de sodi es poden carregar completament en uns 10 minuts, mentre que les bateries de liti ternàries requereixen almenys 40 minuts i les bateries de fosfat de liti-ferro necessiten uns 45 minuts.
Classificació de la indústria
Les bateries d'ions de sodi vénen en diversos tipus, incloent-hi bateries de sodi-sofre, bateries de sodi-sal, bateries de sodi-aire, bateries d'ions de sodi aquoses, bateries d'ions de sodi orgàniques i bateries d'ions de sodi d'estat sòlid.
En el sector de l'emmagatzematge d'energia, les principals bateries de sodi aplicades comercialment inclouen bateries de sodi-sofre d'alta temperatura i bateries de sodi-clorur metàl·lic basades en sistemes d'electròlits sòlids. Aquests sistemes utilitzen sodi metàl·lic com a material ànode actiu, anomenats amb més precisió bateries de sodi. Normalment, el terme bateria d'ions de sodi es refereix als tres últims tipus.
Bateries de sodi-sofre:Aquestes utilitzen sodi líquid fos com a ànode i sofre elemental com a càtode, amb Al2O3 ceràmic sòlid com a electròlit i separador. Les bateries de sodi-sofre tenen una energia específica elevada.
Bateries de sodi i sal:Aquests utilitzen sodi líquid com a ànode i materials de clorur metàl·lic com a càtode, amb ceràmica conductora de Na+ Al2O3 com a electròlit.
Bateries de sodi-aire:El càtode normalment utilitza materials porosos, que proporcionen vies per a la difusió de gasos i llocs per a les reaccions dels elèctrodes a causa de la porositat del material.
Bateries orgàniques de sodi-ió:Aquests utilitzen materials intercalats de carboni dur o sodi per a l'ànode, amb materials de càtode que inclouen òxids de metalls de transició i compostos polianiònics.
Bateries aquoses de sodi-ió:En comparació amb les bateries d'electròlits orgànics, les bateries d'ions de sodi aquosos utilitzen diferents electròlits, oferint un rendiment de seguretat més elevat.
