Úvod
V rychle se rozvíjejícím světě skladování energie se sodíkové baterie stávají slibnou alternativou k tradičním lithium-iontovým a olověným bateriím. S nejnovějším technologickým pokrokem a rostoucí poptávkou po udržitelných řešeních přinášejí sodíkové baterie jedinečné výhody. Vynikají vynikajícím výkonem při extrémních teplotách, působivými rychlostními schopnostmi a vysokými bezpečnostními standardy. Tento článek se zabývá zajímavými aplikacemi sodíko-iontových baterií a zkoumá, jak by mohly nahradit olověné baterie a částečně nahradit lithium-iontové baterie ve specifických scénářích - to vše při nabídce nákladově efektivního řešení.
Kamada Power je Čína Výrobci sodíkových iontových baterií, která nabízí Prodej sodíkových iontových baterií a 12V 100Ah sodíkovo-iontová baterie, 12V 200Ah sodíkoiontová baterie, podpora přizpůsobené nanobaterie napětí (12V, 24V, 48V), kapacita (50Ah, 100Ah, 200Ah, 300Ah), funkce, vzhled atd.
1.1 Vícenásobné výhody sodíko-iontové baterie
Při porovnání s lithium-železo-fosfátovými (LFP) a ternárními lithiovými bateriemi vykazují sodíkové baterie směs silných stránek a oblastí, které je třeba zlepšit. Očekává se, že až se tyto baterie dostanou do masové výroby, zazáří díky výhodám v oblasti nákladů na suroviny, vynikajícímu zachování kapacity při extrémních teplotách a výjimečnému rychlostnímu výkonu. V současné době však mají nižší energetickou hustotu a kratší životnost cyklu, což jsou oblasti, které stále vyžadují zdokonalení. Navzdory těmto problémům sodíkové baterie překonávají olověné akumulátory ve všech ohledech a jsou připraveny je nahradit, jakmile se rozšíří výroba a sníží se náklady.
Srovnání výkonu sodíkových, lithium-iontových a olověných baterií
| Funkce | Sodíko-iontová baterie | Baterie LFP | Ternární lithiová baterie | Olověný akumulátor |
|---|---|---|---|---|
| Hustota energie | 100-150 Wh/kg | 120-200 Wh/kg | 200-350 Wh/kg | 30-50 Wh/kg |
| Životní cyklus | 2000+ cyklů | Více než 3000 cyklů | Více než 3000 cyklů | 300-500 cyklů |
| Průměrné provozní napětí | 2.8-3.5V | 3-4.5V | 3-4.5V | 2.0V |
| Výkon při vysokých teplotách | Vynikající | Špatný | Špatný | Špatný |
| Výkon při nízkých teplotách | Vynikající | Špatný | Spravedlivé | Špatný |
| Rychlé nabíjení | Vynikající | Dobrý | Dobrý | Špatný |
| Bezpečnost | Vysoká | Vysoká | Vysoká | Nízká |
| Tolerance nadměrného vybití | Vybití na 0V | Špatný | Špatný | Špatný |
| Náklady na suroviny (při 200 tisících CNY/tunu pro uhličitan lithný) | 0,3 CNY/Wh (po splatnosti) | 0,46 CNY/Wh | 0,53 CNY/Wh | 0,40 CNY/Wh |
1.1.1 Vynikající zachování kapacity sodíkové baterie při extrémních teplotách
Sodíkovo-iontové baterie jsou šampiony, pokud jde o extrémní teploty, a účinně pracují při teplotách od -40 °C do 80 °C. Při vysokých teplotách (55 °C a 80 °C) se vybíjejí při více než 100% své jmenovité kapacity a při teplotě -40 °C si stále zachovávají více než 70% své jmenovité kapacity. Podporují také nabíjení při -20 °C s účinností téměř 100%.
Z hlediska výkonu při nízkých teplotách překonávají sodíkové baterie LFP i olověné baterie. Při teplotě -20 °C si sodíkové baterie zachovávají přibližně 90% své kapacity, zatímco kapacita LFP baterií klesá na 70% a olověných baterií na pouhých 48%.
Vybíjecí křivky sodíkových baterií (vlevo), LFP baterií (uprostřed) a olověných baterií (vpravo) při různých teplotách
1.1.2 Výjimečná rychlost sodíkové baterie
Sodíkové ionty se díky menšímu Stokesovu průměru a nižší solvatační energii v polárních rozpouštědlech mohou pochlubit vyšší vodivostí elektrolytu ve srovnání s ionty lithia. Stokesův průměr je mírou velikosti koule v kapalině, která se usazuje stejnou rychlostí jako částice; menší průměr umožňuje rychlejší pohyb iontů. Nižší solvatační energie znamená, že sodíkové ionty se mohou snadněji zbavovat molekul rozpouštědla na povrchu elektrody, což zvyšuje difúzi iontů a urychluje jejich kinetiku v elektrolytu.
Srovnání velikostí solvatovaných iontů a solvatačních energií (KJ/mol) sodíku a lithia v různých rozpouštědlech
Tato vysoká vodivost elektrolytu vede k působivému rychlostnímu výkonu. Sodíkovo-iontový akumulátor lze nabít až 90% za pouhých 12 minut - rychleji než lithium-iontové i olověné akumulátory.
Srovnání výkonu při rychlém nabíjení
| Typ baterie | Doba nabíjení na kapacitu 80% |
|---|---|
| Sodíko-iontová baterie | 15 minut |
| Ternární lithium | 30 minut |
| Baterie LFP | 45 minut |
| Olověný akumulátor | 300 minut |
1.1.3 Vynikající bezpečnostní vlastnosti sodíkové baterie v extrémních podmínkách
Lithium-iontové baterie mohou být náchylné k tepelnému vybití za různých podmínek, jako je mechanické zneužití (např. rozdrcení, proražení), elektrické zneužití (např. zkraty, přebíjení, nadměrné vybíjení) a tepelné zneužití (např. přehřátí). Pokud vnitřní teplota dosáhne kritického bodu, může vyvolat nebezpečné vedlejší reakce a způsobit nadměrné zahřátí, což vede k tepelnému vybití.
Naproti tomu sodíkové baterie nevykazují v bezpečnostních testech stejné problémy s tepelným vyčerpáním. Prošly hodnocením na přebíjení/vybíjení, vnější zkraty, stárnutí při vysokých teplotách a testy zneužití, jako je drcení, proražení a vystavení ohni, aniž by hrozilo riziko spojené s lithium-iontovými bateriemi.
2.2 Nákladově efektivní řešení pro různé aplikace, rozšiřující tržní potenciál
Sodíko-iontové baterie září z hlediska nákladové efektivity v různých aplikacích. V několika oblastech překonávají olověné baterie, což z nich činí atraktivní náhradu na trzích, jako jsou malé napájecí systémy pro dvoukolky, automobilové start-stop systémy a telekomunikační základnové stanice. Se zlepšením cyklických parametrů a snížením nákladů díky masové výrobě by sodíkové baterie mohly také částečně nahradit baterie LFP v elektromobilech třídy A00 a ve scénářích skladování energie.
Aplikace sodíkoiontové baterie
- Malé napájecí systémy pro dvoukoláky: V porovnání s olověnými bateriemi mají sodíkové baterie lepší náklady na životní cyklus a hustotu energie.
- Automobilové systémy Start-Stop: Jejich vynikající výkon při vysokých a nízkých teplotách spolu s vynikající životností cyklu dobře vyhovují požadavkům na start-stop v automobilovém průmyslu.
- Telekomunikační základnové stanice: Díky vysoké bezpečnosti a odolnosti proti nadměrnému vybití jsou sodíkové baterie ideální pro udržení napájení během výpadků.
- Skladování energie: Sodíkové baterie jsou vhodné pro aplikace skladování energie díky své vysoké bezpečnosti, vynikajícím teplotním vlastnostem a dlouhé životnosti.
- Elektrická vozidla třídy A00: Poskytují nákladově efektivní a stabilní řešení, které splňuje požadavky na hustotu energie pro tato vozidla.
2.2.1 Elektrická vozidla třídy A00: Řešení problému kolísání cen LFP v důsledku nákladů na suroviny
Elektromobily třídy A00, známé také jako mikromobily, jsou navrženy tak, aby byly cenově výhodné a měly kompaktní rozměry, takže se skvěle hodí pro pohyb v dopravě a hledání parkovacích míst v přeplněných oblastech.
U těchto vozidel jsou náklady na baterie významným faktorem. Cena většiny vozů třídy A00 se pohybuje mezi 30 000 a 80 000 CNY a je zaměřena na trh citlivý na cenu. Vzhledem k tomu, že baterie tvoří podstatnou část nákladů na vozidlo, jsou stabilní ceny baterií pro prodej klíčové.
Tato mikromobily mají obvykle dojezd pod 250 km, jen malé procento z nich nabízí dojezd až 400 km. Vysoká energetická hustota tedy není primárním problémem.
Sodno-iontové baterie mají stabilní náklady na suroviny, protože se opírají o uhličitan sodný, který je v porovnání s bateriemi LFP hojně rozšířen a méně podléhá cenovým výkyvům. Jejich hustota energie je konkurenceschopná pro vozidla třídy A00, což z nich činí nákladově efektivní volbu.
2.2.2 Trh s olověnými akumulátory: 2.2.2 Trh se sodíkovými bateriemi, který je připraven na výměnu
Olověné baterie se používají především ve třech oblastech: malé napájecí systémy pro dvoukolová vozidla, automobilové start-stop systémy a záložní baterie pro telekomunikační základnové stanice.
- Malé napájecí systémy pro dvoukolky: V porovnání s olověnými akumulátory mají sodíkové baterie vynikající výkon, delší životnost a vyšší bezpečnost.
- Automobilové systémy Start-Stop: Díky vysoké bezpečnosti a rychlému nabíjení jsou sodíkové baterie ideální náhradou olověných baterií v systémech start-stop.
- Telekomunikační základnové stanice: V porovnání s olověnými akumulátory poskytují sodíkové baterie lepší výkon z hlediska odolnosti při vysokých a nízkých teplotách, nákladové efektivity a dlouhodobé bezpečnosti.
Sodíkové baterie překonávají olověné baterie ve všech ohledech. Schopnost efektivně pracovat při extrémních teplotách spolu s vyšší hustotou energie a cenovými výhodami staví sodíkové baterie do pozice vhodné náhrady olověných akumulátorů. Očekává se, že sodíko-iontové baterie budou dominovat s tím, jak se bude technologie vyvíjet a jak se bude zvyšovat nákladová efektivita.
Závěr
Hledání inovativních řešení pro skladování energie pokračuje, Sodíkovo-iontová baterie vyniká jako všestranná a cenově výhodná volba. Jejich schopnost dobře fungovat v širokém rozsahu teplot v kombinaci s působivými rychlostními schopnostmi a vylepšenými bezpečnostními funkcemi je staví do pozice silného konkurenta na trhu s bateriemi. Ať už jde o napájení elektromobilů třídy A00, náhradu olověných baterií v malých napájecích systémech nebo podporu telekomunikačních základnových stanic, sodíkové baterie nabízejí praktické a perspektivní řešení. S pokračujícím pokrokem a potenciálním snížením nákladů díky masové výrobě bude sodíko-iontová technologie hrát klíčovou roli při utváření budoucnosti skladování energie.
