
1.Introducción a la Información Básica
Baterías de iones de sodio son baterías recargables que dependen principalmente del movimiento de iones de sodio (Na+) entre los electrodos positivo y negativo para funcionar, de forma similar al principio de funcionamiento de las baterías de iones de litio. Durante el proceso de carga y descarga, el Na+ se desplaza entre los dos electrodos: durante la carga, el Na+ se desintercala del electrodo positivo y se intercala en el electrodo negativo a través del electrolito, y durante la descarga, el proceso se invierte.
La investigación sobreBatería de iones de sodio comenzó alrededor de la década de 1980. En las primeras etapas, los materiales de electrodos como MoS2, TiS2 y NaxMO2 mostraron un rendimiento electroquímico insatisfactorio, lo que llevó a un lento progreso en el desarrollo. Encontrar materiales de electrodos adecuados para el almacenamiento de iones de sodio es uno de los desafíos clave para las aplicaciones prácticas de Baterías de iones de sodio.Desde 2010, se han diseñado y desarrollado una serie de materiales de electrodos positivos y negativos basados en las características de Baterías de iones de sodio, lo que ha dado lugar a mejoras significativas en la capacidad y el ciclo de vida. Materiales como el carbono duro para el electrodo negativo, los metales de transición y sus aleaciones, y materiales como los compuestos polianiónicos, los análogos del azul de Prusia y los óxidos para el electrodo positivo, especialmente el NaxMO2 en capas (M = Fe, Mn, Co, V, Ti) y sus derivados binarios y ternarios, han demostrado una excelente capacidad de carga y descarga y estabilidad del ciclo.

2.La situación actual de la industria de las baterías de sodio
En cuanto al proceso de producción, la fabricación deBaterías de iones de sodio es similar a la de las baterías de iones de litio. Implica principalmente la fabricación de electrodos (preparación de lodos para electrodos positivos y negativos, secado, recubrimiento, calandrado, corte......), ensamblaje de celdas (laminación, corte, bobinado / apilamiento, sellado......), pruebas (formación, clasificación de capacidad, etc.). La principal diferencia radica en el hecho de queBaterías de iones de sodio Puede usar papel de aluminio como colector de corriente para el electrodo negativo, lo que permite que tanto los electrodos positivos como los negativos utilicen las mismas lengüetas de aluminio, lo que simplifica los procesos relacionados, como la soldadura de pestañas. Como resultado, las líneas de producción de ensamblaje de baterías de iones de litio existentes se pueden modificar ligeramente para producir Baterías de iones de sodioy el costo de la transición aBatería de iones de sodio La producción es relativamente baja.
3. Ventajas y desventajas de Baterías de sodio:
Ventaja 1: Recursos abundantes
• Abundantes recursos de sodio: El sodio es abundante en la corteza terrestre, con una abundancia del 2,3%, ubicándose como el sexto elemento más abundante, significativamente superior al litio, que tiene una abundancia del 0,0017%. Según el experto, los recursos de litio actualmente explorados en todo el mundo solo pueden satisfacer la demanda de 1.480 millones de vehículos eléctricos, lo que pone de manifiesto la creciente presión de la escasez de recursos de litio con la aceleración de la electrificación mundial.
• Distribución más equitativa de los recursos de sodio: Según el informe de 2019 del Servicio Geológico de los Estados Unidos, tres países sudamericanos, Argentina, Chile y Bolivia, poseen el 52,10% de los recursos mundiales de litio, mientras que los recursos de litio de China representan solo el 7,26%, lo que indica una distribución muy desigual de los recursos. China depende de las importaciones para más del 60% de sus materias primas de litio requeridas, lo que resulta en un alto nivel de dependencia externa. Por el contrario, el sodio está ampliamente presente en forma de sales tanto en el medio terrestre como en el marino, lo que lo hace fácilmente accesible.

Ventaja 2: Bajo costo
Las ventajas de costo deBaterías de iones de sodio se reflejan principalmente en los siguientes aspectos:Las sales de sodio sustituyen a las sales de litio. El precio del sodio metálico es de CNY19.000 por tonelada, y el precio del carbonato de sodio es de CNY3.000 por tonelada, significativamente más bajo que los 2,98 millones de CNY por tonelada para el litio metálico y los 484.000 CNY por tonelada para el carbonato de litio. Los precios de las materias primas son mucho más baratos.
El papel de aluminio reemplaza al papel de cobre. Suponiendo que el papel de cobre tiene un precio de CNY110.000 por tonelada y el papel de aluminio tiene un precio de CNY40.000 por tonelada, y suponiendo que 1 GWh de baterías de litio requiere 622 toneladas de papel de cobre y 400 toneladas de papel de aluminio, mientras que 1 GWh debatería de iones de sodios requiere 800 toneladas de papel de aluminio, el costo del colector de corriente de Wh único para las baterías de litio es de CNY0.084, y para las baterías de sodio, es de CNY0.032, lo que resulta en una reducción de costos de CNY0.052 / Wh.
Se espera que el ánodo de grafito sea reemplazado por carbón de antracita para reducir los costos. Según datos de Hina Sodium, el costo del material deBaterías de iones de sodio es de aproximadamente CNY0.37 / Wh, que es significativamente mejor que los sistemas de baterías de fosfato de hierro y litio ternario.
Ventaja 3: Alta seguridad
Batería de iones de sodio Poseen un rendimiento de seguridad superior en comparación con otros tipos de baterías:•Baterías de iones de sodio tienen una mayor resistencia interna, lo que resulta en corrientes más bajas durante los cortocircuitos y un calentamiento menos instantáneo.
• El voltaje estándar del litio es más alto, lo que hace que sea más probable que pierda electrones en una solución acuosa. Por lo tantoBaterías de iones de sodio exhiben una mayor estabilidad.
• Después de someterse a pruebas como cortocircuito, punción y compresión,Baterías de iones de sodio No muestran signos de ignición o explosión. Por otro lado, las baterías de iones de litio son susceptibles a una descarga excesiva, lo que provoca la disolución de las láminas de cobre y una disminución irreversible de la capacidad.Baterías de iones de sodio no experimente problemas de sobredescarga, ya que el electrodo positivo se puede descargar a 0 V sin afectar el uso posterior, lo que mejora la seguridad de la batería durante el almacenamiento y el transporte. Adicionalmente Baterías de iones de sodio tienden a pasivarse y desactivarse durante la fuga térmica, lo que resulta en un mejor rendimiento de seguridad durante las pruebas de seguridad.
Ventaja 4: Excelente rendimiento a baja temperatura y capacidad de alta tasa
• Capacidad de alta velocidad:Baterías de iones de sodio exhiben una excelente energía de solvatación menor que las baterías de iones de litio, lo que conduce a una mayor capacidad de difusión de iones de interfaz. El menor radio de Stokes de los iones de sodio, combinado con una mayor conductividad iónica de los electrolitos de sal de sodio a la misma concentración en comparación con los electrolitos de sal de litio, da como resultado un mejor rendimiento de carga rápida. Según datos de CATL,Baterías de iones de sodio puede cargar hasta el 80% en 15 minutos, mientras que Hina Sodium afirma que sus baterías pueden alcanzar el 90% de carga en 12 minutos, ambas superando significativamente el tiempo de carga de 30 minutos al 80% de las baterías normales de iones de litio.
• Excelente rendimiento a baja temperatura: La alta conductividad iónica de Baterías de iones de sodio Permite requisitos de concentración de electrolito más bajos, lo que resulta en una menor viscosidad del electrolito a bajas temperaturas en comparación con las baterías de iones de litio. En general, esto mejora el rendimiento de la batería a bajas temperaturas.Baterías de iones de sodio pueden funcionar dentro de un rango de temperatura normal de -40 °C a 80 °C, y algunos productos pueden mantener alrededor del 88% de su capacidad a -20 °C, que es significativamente mejor que la retención de capacidad del 60-70% de las baterías LFP a la misma temperatura.
Desventajas: El ciclo de vida y la densidad de energía deben mejorar
• Ciclo de vida: En la actualidad, el ciclo de vida global deBaterías de iones de sodio es de alrededor de 2000 ciclos, ligeramente inferior a las baterías LFP. Todavía hay cierta brecha en comparación con ciertas baterías LFP utilizadas en aplicaciones de almacenamiento de energía, que pueden superar los 5000 ciclos.
• Densidad de energía: La densidad de energía de los productos innovadoresBatería de iones de sodio Las celdas de empresas como Natrium Innovations superan los 130 Wh/kg, mientras que otras empresas como LiFun Energy han alcanzado los 140 Wh/kg, y los productos de Hina Sodium tienen una densidad energética de 145 Wh/kg. Sin embargo, todavía hay espacio para una mayor optimización para mejorar la densidad de energía deBaterías de iones de sodio.
Batería de iones de sodio Escenarios de aplicación:
