Aplicaciones y ventajas de las baterías de iones de sodio

Introducción

En el mundo del almacenamiento de energía en rápida evolución, las baterías de iones de sodio están causando sensación como una alternativa prometedora a las baterías tradicionales de iones de litio y de plomo-ácido. Con los últimos avances en tecnología y una creciente demanda de soluciones sostenibles, las baterías de iones de sodio aportan un conjunto único de ventajas. Se destacan por su excelente rendimiento en temperaturas extremas, impresionantes capacidades de velocidad y altos estándares de seguridad. Este artículo profundiza en las interesantes aplicaciones de las baterías de iones de sodio y explora cómo podrían reemplazar las baterías de plomo-ácido y sustituir parcialmente las baterías de iones de litio en escenarios específicos, todo ello ofreciendo al mismo tiempo una solución rentable.

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1.1 Múltiples ventajas de la batería de iones de sodio

Cuando se comparan con las baterías de fosfato de hierro y litio (LFP) y las baterías de litio ternarias, las baterías de iones de sodio muestran una combinación de fortalezas y áreas que necesitan mejora. A medida que estas baterías pasan a la producción en masa, se espera que brillen con beneficios de costos debido a las materias primas, una retención de capacidad superior en temperaturas extremas y un rendimiento de velocidad excepcional. Sin embargo, actualmente tienen una menor densidad energética y un ciclo de vida más corto, que son áreas que aún necesitan perfeccionarse. A pesar de estos desafíos, las baterías de iones de sodio superan a las baterías de plomo-ácido en todos los aspectos y están preparadas para reemplazarlas a medida que la producción aumente y los costos bajen.

Comparación de rendimiento de baterías de iones de sodio, de iones de litio y de plomo-ácido

1.1.1 Retención de capacidad superior de la batería de iones de sodio en temperaturas extremas

Las baterías de iones de sodio son campeonas cuando se trata de soportar temperaturas extremas y funcionan eficazmente entre -40 °C y 80 °C. Descargan a más del 100 % de su capacidad nominal a altas temperaturas (55 °C y 80 °C) y aún conservan más del 70 % de su capacidad nominal a -40 °C. También admiten carga a -20°C con casi un 100% de eficiencia.

En términos de rendimiento a baja temperatura, las baterías de iones de sodio superan tanto a las baterías LFP como a las de plomo-ácido. A -20°C, las baterías de iones de sodio mantienen aproximadamente el 90% de su capacidad, mientras que las baterías LFP caen al 70% y las baterías de plomo-ácido a solo el 48%.

Curvas de descarga de baterías de iones de sodio (izquierda), baterías LFP (centro) y baterías de plomo-ácido (derecha) a distintas temperaturas

1.1.2 Rendimiento excepcional de la batería de iones de sodio

Los iones de sodio, gracias a su menor diámetro de Stokes y su menor energía de solvatación en disolventes polares, cuentan con una mayor conductividad de electrolitos en comparación con los iones de litio. El diámetro de Stokes es una medida del tamaño de una esfera en un fluido que se sedimenta al mismo ritmo que la partícula; un diámetro más pequeño permite un movimiento de iones más rápido. Una energía de solvatación más baja significa que los iones de sodio pueden desprender más fácilmente las moléculas de disolvente en la superficie del electrodo, lo que mejora la difusión de iones y acelera la cinética de los iones en el electrolito.

Comparación de tamaños de iones solvatados y energías de solvatación (KJ/mol) de sodio y litio en diferentes disolventes

Esta alta conductividad del electrolito da como resultado un rendimiento de velocidad impresionante. La batería de iones de sodio puede cargarse hasta un 90% en solo 12 minutos, más rápido que las baterías de iones de litio y de plomo-ácido.

Comparación de rendimiento de carga rápida

1.1.3 Rendimiento de seguridad superior de la batería de iones de sodio en condiciones extremas

Las baterías de iones de litio pueden ser propensas a sufrir una fuga térmica en diversas condiciones abusivas, como abuso mecánico (p. ej., aplastamiento, perforación), abuso eléctrico (p. ej., cortocircuitos, sobrecarga, sobredescarga) y abuso térmico (p. ej., sobrecalentamiento). . Si la temperatura interna alcanza un punto crítico, puede desencadenar reacciones secundarias peligrosas y provocar un calor excesivo, lo que lleva a una fuga térmica.

Las baterías de iones de sodio, por otro lado, no han mostrado los mismos problemas de fuga térmica en las pruebas de seguridad. Han pasado evaluaciones de sobrecarga/descarga, cortocircuitos externos, envejecimiento a alta temperatura y pruebas de abuso como aplastamiento, perforación y exposición al fuego sin los riesgos asociados con las baterías de iones de litio.

2.2 Soluciones rentables para diversas aplicaciones, ampliando el potencial del mercado

Las baterías de iones de sodio brillan en términos de rentabilidad en diversas aplicaciones. Superan a las baterías de plomo-ácido en varias áreas, lo que las convierte en un reemplazo atractivo en mercados como los pequeños sistemas de energía para vehículos de dos ruedas, los sistemas de arranque y parada de automóviles y las estaciones base de telecomunicaciones. Con mejoras en el rendimiento del ciclo y reducciones de costos a través de la producción en masa, la batería de iones de sodio también podría reemplazar parcialmente a las baterías LFP en vehículos eléctricos de clase A00 y escenarios de almacenamiento de energía.

Aplicaciones de la batería de iones de sodio

• Sistemas de energía pequeños para vehículos de dos ruedas:Las baterías de iones de sodio ofrecen un mejor costo de ciclo de vida y densidad de energía en comparación con las baterías de plomo-ácido.
• Sistemas Start-Stop automotrices:Su excelente rendimiento a altas y bajas temperaturas, junto con su ciclo de vida superior, se adaptan bien a los requisitos de arranque y parada de los automóviles.
• Estaciones base de telecomunicaciones:La alta seguridad y la tolerancia a la sobredescarga hacen que la batería de iones de sodio sea ideal para mantener la energía durante los cortes.
• Almacenamiento de energía:Las baterías de iones de sodio son ideales para aplicaciones de almacenamiento de energía debido a su alta seguridad, excelente rendimiento de temperatura y largo ciclo de vida.
• Vehículos eléctricos clase A00:Proporcionan una solución rentable y estable, que satisface las necesidades de densidad energética de estos vehículos.

2.2.1 Vehículos eléctricos clase A00: abordar la cuestión de las fluctuaciones de precios de LFP debido a los costos de las materias primas

Los vehículos eléctricos de clase A00, también conocidos como microcoches, están diseñados para ser rentables y con tamaños compactos, lo que los hace perfectos para navegar por el tráfico y encontrar estacionamiento en zonas concurridas.

Para estos vehículos, los costos de la batería son un factor importante. La mayoría de los coches de clase A00 tienen un precio de entre 30.000 y 80.000 CNY, y se dirigen a un mercado sensible a los precios. Dado que las baterías representan una parte sustancial del costo del vehículo, los precios estables de las baterías son cruciales para las ventas.

Estos microcoches suelen tener una autonomía de menos de 250 km, y sólo un pequeño porcentaje ofrece hasta 400 km. Por tanto, la alta densidad de energía no es una preocupación principal.

Las baterías de iones de sodio tienen costos de materia prima estables, ya que dependen del carbonato de sodio, que es abundante y está menos sujeto a fluctuaciones de precios en comparación con las baterías LFP. Su densidad energética es competitiva para los vehículos de clase A00, lo que los convierte en una opción rentable.

2.2.2 Mercado de baterías de plomo-ácido: las baterías de iones de sodio tienen un rendimiento superior en todos los ámbitos y están preparadas para ser reemplazadas

Las baterías de plomo-ácido se utilizan principalmente en tres aplicaciones: pequeños sistemas de energía para vehículos de dos ruedas, sistemas de arranque y parada para automóviles y baterías de respaldo para estaciones base de telecomunicaciones.

• Sistemas de energía pequeños para vehículos de dos ruedas: La batería de iones de sodio ofrece un rendimiento superior, un ciclo de vida más largo y mayor seguridad en comparación con las baterías de plomo-ácido.

• Sistemas de arranque y parada para automóviles: La alta seguridad y el rendimiento de carga rápida de las baterías de iones de sodio las convierten en un reemplazo ideal para las baterías de plomo-ácido en sistemas de arranque y parada.
• Estaciones base de telecomunicaciones: La batería de iones de sodio proporciona un mejor rendimiento en términos de resistencia a altas y bajas temperaturas, rentabilidad y seguridad a largo plazo en comparación con las baterías de plomo-ácido.

Las baterías de iones de sodio superan a las baterías de plomo-ácido en todos los aspectos. La capacidad de trabajar eficazmente en temperaturas extremas, junto con una mayor densidad de energía y ventajas de costos, posicionan a las baterías de iones de sodio como un reemplazo adecuado para las baterías de plomo-ácido. Se espera que las baterías de iones de sodio dominen a medida que la tecnología madure y aumente la rentabilidad.

Conclusión

A medida que continúa la búsqueda de soluciones innovadoras de almacenamiento de energía,Batería de iones de sodiodestacan como una opción versátil y rentable. Su capacidad para funcionar bien en un amplio rango de temperaturas, combinada con capacidades de velocidad impresionantes y características de seguridad mejoradas, las posiciona como un fuerte competidor en el mercado de baterías. Ya sea para alimentar vehículos eléctricos de clase A00, reemplazar baterías de plomo-ácido en pequeños sistemas de energía o soportar estaciones base de telecomunicaciones, las baterías de iones de sodio ofrecen una solución práctica y con visión de futuro. Con los avances continuos y las posibles reducciones de costos a través de la producción en masa, la tecnología de iones de sodio desempeñará un papel fundamental en la configuración del futuro del almacenamiento de energía.