Применение и преимущества ионно-натриевых аккумуляторов

Введение

В стремительно развивающемся мире накопителей энергии натриево-ионные батареи становятся многообещающей альтернативой традиционным литий-ионным и свинцово-кислотным аккумуляторам. Благодаря последним достижениям в области технологий и растущему спросу на экологичные решения, натрий-ионные батареи обладают уникальным набором преимуществ. Они отличаются превосходной работой при экстремальных температурах, впечатляющими скоростными характеристиками и высокими стандартами безопасности. В этой статье мы рассмотрим интересные области применения натриево-ионных батарей и узнаем, как они могут заменить свинцово-кислотные батареи и частично заменить литий-ионные батареи в определенных сценариях, предлагая при этом экономически эффективное решение.

Сила Камады это Китайские производители ионно-натриевых аккумуляторов, предлагая Ионно-натриевая батарея для продажи и Ионно-натриевая батарея 12 В 100 Ач, Ионно-натриевая батарея 12 В 200 Ач, поддержка индивидуальная нанобатарея напряжение (12В, 24В, 48В), емкость (50Ач, 100Ач, 200Ач, 300Ач), функциональность, внешний вид и так далее.

1.1 Многочисленные преимущества натрий-ионных аккумуляторов

При сравнении с литий-железо-фосфатными (LFP) и троичными литиевыми батареями натриево-ионные аккумуляторы демонстрируют сочетание сильных сторон и областей, требующих улучшения. Ожидается, что по мере перехода к массовому производству эти батареи будут отличаться экономичностью за счет сырья, превосходным сохранением емкости при экстремальных температурах и исключительными скоростными характеристиками. Однако в настоящее время они имеют более низкую плотность энергии и меньший срок службы, что требует доработки. Несмотря на эти проблемы, натрий-ионные батареи превосходят свинцово-кислотные по всем параметрам и готовы заменить их по мере расширения производства и снижения стоимости.

Сравнение производительности натрий-ионных, литий-ионных и свинцово-кислотных аккумуляторов

1.1.1 Превосходное сохранение емкости натрий-ионного аккумулятора при экстремальных температурах

Натрий-ионные аккумуляторы - чемпионы по переносу экстремальных температур, они эффективно работают в диапазоне от -40°C до 80°C. Они разряжаются при более чем 100% от номинальной емкости при высоких температурах (55°C и 80°C) и сохраняют более 70% от номинальной емкости при -40°C. Они также поддерживают зарядку при -20°C с эффективностью почти 100%.

По низкотемпературным характеристикам натрий-ионные аккумуляторы превосходят как LFP, так и свинцово-кислотные батареи. При температуре -20°C натрий-ионные батареи сохраняют около 90% своей емкости, в то время как у LFP-батарей она падает до 70%, а у свинцово-кислотных батарей - до 48%.

Кривые разряда натрий-ионных (слева), LFP (в середине) и свинцово-кислотных (справа) аккумуляторов при различных температурах

1.1.2 Исключительно высокая производительность натрий-ионных батарей

Ионы натрия, благодаря меньшему диаметру Стокса и меньшей энергии сольватации в полярных растворителях, обладают более высокой электропроводностью электролита по сравнению с ионами лития. Диаметр Стокса - это показатель размера сферы в жидкости, которая оседает с той же скоростью, что и частица; меньший диаметр обеспечивает более быстрое движение ионов. Более низкая энергия сольватации означает, что ионы натрия могут легче отбрасывать молекулы растворителя на поверхности электрода, что усиливает диффузию ионов и ускоряет ионную кинетику в электролите.

Сравнение размеров сольватированных ионов и энергий сольватации (КДж/моль) натрия и лития в различных растворителях

Благодаря высокой электропроводности электролита достигается впечатляющая скорость зарядки. Натрий-ионный аккумулятор может зарядить до 90% всего за 12 минут - быстрее, чем литий-ионные и свинцово-кислотные батареи.

Сравнение производительности быстрой зарядки

1.1.3 Превосходные характеристики безопасности натрий-ионных батарей в экстремальных условиях

Литий-ионные батареи могут подвергаться тепловому разряду при различных воздействиях, таких как механическое воздействие (например, раздавливание, пробивание), электрическое воздействие (например, короткое замыкание, перезарядка, разрядка) и тепловое воздействие (например, перегрев). Если внутренняя температура достигает критической отметки, это может вызвать опасные побочные реакции и перегрев, что приведет к тепловому выходу из строя.

С другой стороны, натриево-ионные аккумуляторы не показали таких же проблем с тепловым выбегом в тестах на безопасность. Они прошли испытания на перезаряд/разряд, внешнее короткое замыкание, высокотемпературное старение, а также такие испытания, как раздавливание, прокалывание и воздействие огня, без рисков, связанных с литий-ионными батареями.

2.2 Экономически эффективные решения для различных областей применения, расширяющие потенциал рынка

Натрий-ионные аккумуляторы отличаются экономичностью в различных областях применения. Они превосходят свинцово-кислотные батареи в нескольких областях, что делает их привлекательной заменой на таких рынках, как системы малой мощности для двухколесных транспортных средств, автомобильные системы "старт-стоп" и базовые станции телекоммуникаций. С улучшением характеристик цикла и снижением стоимости за счет массового производства натрий-ионные батареи могут также частично заменить батареи LFP в электромобилях класса A00 и в сценариях хранения энергии.

Области применения натрий-ионного аккумулятора

• Двухколесные системы малой мощности: Натрий-ионные аккумуляторы отличаются более высокой стоимостью жизненного цикла и плотностью энергии по сравнению со свинцово-кислотными батареями.
• Автомобильные системы "старт-стоп": Их отличные высоко- и низкотемпературные характеристики, а также превосходный срок службы соответствуют требованиям автомобильных систем "старт-стоп".
• Базовые станции телекоммуникаций: Высокая безопасность и устойчивость к переразряду делают натриево-ионные батареи идеальными для поддержания питания во время перебоев.
• Хранение энергии: Натрий-ионные аккумуляторы хорошо подходят для использования в системах хранения энергии благодаря своей высокой безопасности, отличным температурным характеристикам и длительному сроку службы.
• Электромобили класса A00: Они представляют собой экономичное и стабильное решение, отвечающее требованиям плотности энергии для этих транспортных средств.

2.2.1 Электромобили класса А00: Решение проблемы колебаний цен на ЛФП из-за стоимости сырья

Электромобили класса A00, также известные как микроавтомобили, отличаются экономичностью и компактными размерами, что делает их идеальными для передвижения по улицам и поиска парковки в людных местах.

Для таких автомобилей стоимость аккумулятора является существенным фактором. Большинство автомобилей класса A00 стоят от 30 000 до 80 000 китайских юаней, ориентируясь на чувствительный к цене рынок. Учитывая, что аккумуляторы составляют значительную часть стоимости автомобиля, стабильные цены на них имеют решающее значение для продаж.

Запас хода таких микроавтомобилей обычно составляет менее 250 км, и лишь небольшой процент из них может достигать 400 км. Таким образом, высокая плотность энергии не является первостепенной задачей.

Натриево-ионные батареи имеют стабильную стоимость сырья, поскольку в их основе лежит карбонат натрия, который распространен в изобилии и менее подвержен колебаниям цен по сравнению с батареями LFP. Их плотность энергии конкурентоспособна для автомобилей класса A00, что делает их экономически эффективным выбором.

2.2.2 Рынок свинцово-кислотных аккумуляторов: Натрий-ионные аккумуляторы превосходят по всем показателям и готовы к замене

Свинцово-кислотные батареи используются в основном в трех областях: двухколесные системы малой мощности, автомобильные системы "старт-стоп" и резервные батареи для телекоммуникационных базовых станций.

• Двухколесные системы малой мощности: Натрий-ионные батареи обладают превосходной производительностью, более длительным сроком службы и более высокой безопасностью по сравнению со свинцово-кислотными батареями.

• Автомобильные системы "старт-стоп: Высокая безопасность и быстрая зарядка натрий-ионных аккумуляторов делают их идеальной заменой свинцово-кислотным батареям в системах "старт-стоп".
• Базовые станции телекоммуникаций: Натриево-ионные батареи обеспечивают лучшие характеристики в плане устойчивости к высоким и низким температурам, экономичности и долгосрочной безопасности по сравнению со свинцово-кислотными батареями.

Натрий-ионные аккумуляторы превосходят свинцово-кислотные батареи по всем параметрам. Способность эффективно работать при экстремальных температурах в сочетании с более высокой плотностью энергии и преимуществами по стоимости делает натриево-ионные батареи достойной заменой свинцово-кислотным батареям. Ожидается, что натриево-ионные батареи будут доминировать по мере развития технологии и повышения экономической эффективности.

Заключение

Поиск инновационных решений для хранения энергии продолжается, Натрий-ионный аккумулятор выделяются как универсальный и экономичный вариант. Их способность хорошо работать в широком диапазоне температур в сочетании с впечатляющими скоростными характеристиками и улучшенными функциями безопасности делает их сильным соперником на рынке аккумуляторов. Будь то питание электромобилей класса A00, замена свинцово-кислотных батарей в небольших энергосистемах или поддержка базовых станций телекоммуникаций, натрий-ионные батареи предлагают практичные и перспективные решения. Благодаря постоянному совершенствованию и потенциальному снижению стоимости за счет массового производства, натрий-ионная технология будет играть ключевую роль в формировании будущего накопителей энергии.