Introducción
En el mundo del almacenamiento de energía, en rápida evolución, las baterías de iones de sodio están causando sensación como alternativa prometedora a las baterías tradicionales de iones de litio y plomo-ácido. Con los últimos avances tecnológicos y la creciente demanda de soluciones sostenibles, las baterías de iones de sodio ofrecen un conjunto único de ventajas. Destacan por su excelente rendimiento a temperaturas extremas, su impresionante capacidad de carga y sus elevados niveles de seguridad. Este artículo profundiza en las interesantes aplicaciones de las baterías de iones de sodio y explora cómo podrían sustituir a las baterías de plomo-ácido y sustituir parcialmente a las baterías de iones de litio en determinados escenarios, todo ello ofreciendo una solución rentable.
Kamada Power es un China Fabricantes de baterías de iones de sodio, ofreciendo Venta de baterías de iones de sodio y Batería de iones de sodio de 12 V y 100 Ah, Batería de iones de sodio de 12 V y 200 AhSoporte Nano Battery personalizada voltaje(12V,24V,48V), capacidad(50Ah,100Ah,200Ah,300Ah), función, apariencia, etc.
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 ternarias de litio, las baterías de iones de sodio muestran una mezcla de puntos fuertes y áreas que necesitan mejoras. A medida que estas baterías pasen a la producción en masa, se espera que brillen por sus ventajas en costes gracias a las materias primas, una mayor retención de la capacidad en temperaturas extremas y un rendimiento excepcional de la tasa. Sin embargo, en la actualidad tienen una menor densidad energética y un ciclo de vida más corto, aspectos que todavía necesitan perfeccionarse. A pesar de estos retos, las baterías de iones de sodio superan a las de plomo-ácido en todos los aspectos y están preparadas para sustituirlas a medida que aumente la producción y bajen los costes.
Comparación del rendimiento de las baterías de iones de sodio, iones de litio y plomo-ácido
| Característica | Batería de iones de sodio | Batería LFP | Batería ternaria de litio | Batería de plomo-ácido |
|---|---|---|---|---|
| Densidad energética | 100-150 Wh/kg | 120-200 Wh/kg | 200-350 Wh/kg | 30-50 Wh/kg |
| Ciclo de vida | Más de 2000 ciclos | 3000+ ciclos | 3000+ ciclos | 300-500 ciclos |
| Tensión media de funcionamiento | 2.8-3.5V | 3-4.5V | 3-4.5V | 2.0V |
| Rendimiento a altas temperaturas | Excelente | Pobre | Pobre | Pobre |
| Rendimiento a baja temperatura | Excelente | Pobre | Feria | Pobre |
| Rendimiento de carga rápida | Excelente | Bien | Bien | Pobre |
| Seguridad | Alta | Alta | Alta | Bajo |
| Tolerancia a la sobredescarga | Descarga a 0V | Pobre | Pobre | Pobre |
| Coste de la materia prima (a 200.000 CNY/tonelada para el carbonato de litio) | 0,3 CNY/Wh (después del vencimiento) | 0,46 CNY/Wh | 0,53 CNY/Wh | 0,40 CNY/Wh |
1.1.1 Mayor capacidad de retención de la batería de iones de sodio a temperaturas extremas
Las baterías de iones de sodio son las mejores cuando se trata de soportar temperaturas extremas, ya que funcionan eficazmente entre -40°C y 80°C. Se descargan a más de 100% de su capacidad nominal a altas temperaturas (55°C y 80°C) y aún conservan más de 70% de su capacidad nominal a -40°C. También admiten la carga a -20°C con una eficiencia de casi 100%.
En términos de rendimiento a bajas temperaturas, 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 conservan aproximadamente 90% de su capacidad, mientras que las baterías LFP bajan a 70% y las de plomo-ácido a sólo 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 a su menor energía de solvatación en disolventes polares, presentan una conductividad electrolítica superior a la de los iones de litio. El diámetro de Stokes es una medida del tamaño de una esfera en un fluido que se asienta a la misma velocidad que la partícula; un diámetro menor permite un movimiento más rápido de los iones. Una menor energía de solvatación significa que los iones de sodio pueden desprenderse más fácilmente de las moléculas de disolvente en la superficie del electrodo, lo que mejora la difusión de los iones y acelera su cinética en el electrolito.
Comparación de los tamaños de iones solvatados y las energías de solvatación (KJ/mol) del sodio y el litio en distintos disolventes
Esta alta conductividad del electrolito se traduce en un rendimiento impresionante. La batería de iones de sodio puede cargar hasta 90% en sólo 12 minutos, más rápido que las baterías de iones de litio y de plomo.
Comparación del rendimiento de la carga rápida
| Tipo de batería | Tiempo de carga hasta la capacidad 80% |
|---|---|
| Batería de iones de sodio | 15 minutos |
| Litio ternario | 30 minutos |
| Batería LFP | 45 minutos |
| Batería de plomo-ácido | 300 minutos |
1.1.3 Mayor seguridad de las baterías de iones de sodio en condiciones extremas
Las baterías de iones de litio pueden ser propensas al desbordamiento térmico en diversas condiciones de abuso, como abuso mecánico (por ejemplo, aplastamiento, perforación), abuso eléctrico (por ejemplo, cortocircuitos, sobrecarga, sobredescarga) y abuso térmico (por ejemplo, sobrecalentamiento). Si la temperatura interna alcanza un punto crítico, puede desencadenar reacciones secundarias peligrosas y provocar un calentamiento excesivo, lo que lleva al desbordamiento térmico.
En cambio, las baterías de iones de sodio no han mostrado los mismos problemas de desbocamiento térmico en las pruebas de seguridad. Han superado evaluaciones de sobrecarga/descarga, cortocircuitos externos, envejecimiento a altas temperaturas y pruebas de abuso como aplastamiento, perforación y exposición al fuego sin los riesgos asociados a las baterías de iones de litio.
2.2 Soluciones rentables para diversas aplicaciones y mayor potencial de mercado
Las baterías de iones de sodio destacan por su rentabilidad en diversas aplicaciones. Superan a las baterías de plomo-ácido en varios aspectos, lo que las convierte en un atractivo sustituto en mercados como los sistemas de pequeña potencia para vehículos de dos ruedas, los sistemas de arranque-parada para automóviles y las estaciones base de telecomunicaciones. Con las mejoras en el rendimiento del ciclo y la reducción de costes gracias a la producción en masa, las baterías de iones de sodio también podrían sustituir parcialmente a las de plomo-ácido en vehículos eléctricos de clase A00 y en escenarios de almacenamiento de energía.
Aplicaciones de la pila de iones de sodio
- Pequeños sistemas de alimentación de dos ruedas: Las baterías de iones de sodio ofrecen un coste de ciclo de vida y una densidad energética mejores que las baterías de plomo-ácido.
- Sistemas de arranque y parada para automóviles: Su excelente rendimiento a altas y bajas temperaturas, junto con una vida útil superior, se ajustan bien a los requisitos de arranque-parada de los automóviles.
- Estaciones base de telecomunicaciones: Su alta seguridad y 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 idóneas para aplicaciones de almacenamiento de energía por su alta seguridad, excelente comportamiento a temperatura y larga vida útil.
- Vehículos eléctricos de la clase A00: Proporcionan una solución rentable y estable, que satisface las necesidades de densidad energética de estos vehículos.
2.2.1 Vehículos eléctricos de clase A00: La cuestión de las fluctuaciones de precios de los PMA debidas al coste de las materias primas
Los vehículos eléctricos de clase A00, también conocidos como microcoches, están diseñados para ser rentables con tamaños compactos, lo que los hace perfectos para sortear el tráfico y encontrar aparcamiento en zonas concurridas.
Para estos vehículos, el coste de la batería es un factor importante. La mayoría de los coches de la clase A00 tienen un precio de entre 30.000 y 80.000 CNY, y se dirigen a un mercado sensible al precio. Dado que las baterías suponen una parte sustancial del coste del vehículo, la estabilidad de sus precios es crucial para las ventas.
Estos microcoches suelen tener una autonomía inferior a 250 km, y sólo un pequeño porcentaje ofrece hasta 400 km. Por tanto, la alta densidad energética no es una preocupación primordial.
Las baterías de iones de sodio tienen unos costes de materia prima estables, ya que se basan en el carbonato de sodio, que es abundante y está menos sujeto a las fluctuaciones de precios que las baterías LFP. Su densidad energética es competitiva para los vehículos de clase A00, lo que las convierte en una opción rentable.
2.2.2 Mercado de las baterías de plomo-ácido: Las baterías de iones de sodio superan en rendimiento a las de plomo-ácido y se preparan para sustituirlas
Las baterías de plomo-ácido se utilizan principalmente en tres aplicaciones: pequeños sistemas de alimentación para vehículos de dos ruedas, sistemas de arranque-parada para automóviles y baterías de reserva para estaciones base de telecomunicaciones.
- Sistemas de pequeña potencia para dos ruedas: Las baterías de iones de sodio ofrecen un rendimiento superior, un ciclo de vida más largo y una mayor seguridad en comparación con las baterías de plomo-ácido.
- Sistemas Start-Stop para automóviles: La elevada seguridad y las prestaciones de carga rápida de las baterías de iones de sodio las convierten en el sustituto ideal de las baterías de plomo-ácido en los sistemas de arranque-parada.
- Estaciones base de telecomunicaciones: Las baterías de iones de sodio ofrecen mejores prestaciones en términos de resistencia a altas y bajas temperaturas, rentabilidad y seguridad a largo plazo que las baterías de plomo-ácido.
Las baterías de iones de sodio superan a las de plomo-ácido en todos los aspectos. La capacidad de funcionar eficazmente a temperaturas extremas, junto con una mayor densidad energética y ventajas de coste, sitúan a las baterías de iones de sodio como un sustituto adecuado de las baterías de plomo-ácido. Se espera que las baterías de iones de sodio dominen a medida que madure la tecnología y aumente su rentabilidad.
Conclusión
La búsqueda de soluciones innovadoras de almacenamiento de energía continúa, Batería de iones de sodio destacan como una opción versátil y rentable. Su capacidad para funcionar bien en una amplia gama de temperaturas, combinada con una impresionante capacidad de velocidad y unas características de seguridad mejoradas, las sitúan como un fuerte competidor en el mercado de las baterías. Ya sea para alimentar vehículos eléctricos de clase A00, sustituir a las baterías de plomo-ácido en pequeños sistemas de alimentación o dar soporte a estaciones base de telecomunicaciones, las baterías de iones de sodio ofrecen una solución práctica y con visión de futuro. Con los continuos avances y la posible reducción de costes gracias a la producción en serie, la tecnología de iones de sodio está llamada a desempeñar un papel fundamental en la configuración del futuro del almacenamiento de energía.
