Úvod
V rýchlo sa rozvíjajúcom svete skladovania energie sa sodíkovo-iónové batérie stávajú sľubnou alternatívou k tradičným lítium-iónovým a oloveným batériám. S najnovším technologickým pokrokom a rastúcim dopytom po udržateľných riešeniach prinášajú sodíkovo-iónové batérie jedinečný súbor výhod. Vynikajú vynikajúcim výkonom pri extrémnych teplotách, pôsobivými rýchlostnými schopnosťami a vysokými bezpečnostnými normami. Tento článok sa zaoberá vzrušujúcimi aplikáciami sodíkovo-iónové batérie a skúma, ako by mohli nahradiť olovené batérie a čiastočne nahradiť lítium-iónové batérie v špecifických scenároch - a zároveň ponúknuť nákladovo efektívne riešenie.
Kamada Power je Čína Výrobcovia sodíkových iónových batérií, ktorá ponúka Sodíkové iónové batérie na predaj a 12V 100Ah sodíkovoiónová batéria, 12V 200Ah sodíkovoiónová batéria, podpora prispôsobená nanobatéria napätie (12V, 24V, 48V), kapacita (50Ah, 100Ah, 200Ah, 300Ah), funkcia, vzhľad atď.
1.1 Viaceré výhody sodíkovo-iónové batérie
V porovnaní s lítium-železofosfátovými (LFP) a ternárnymi lítiovými batériami vykazujú sodíkovo-iónové batérie zmes silných stránok a oblastí, ktoré je potrebné zlepšiť. Očakáva sa, že keď sa tieto batérie dostanú do masovej výroby, budú žiariť nákladovými výhodami vďaka surovinám, vynikajúcim zachovaním kapacity pri extrémnych teplotách a výnimočným rýchlostným výkonom. V súčasnosti však majú nižšiu energetickú hustotu a kratšiu životnosť cyklu, čo sú oblasti, ktoré ešte potrebujú zdokonalenie. Napriek týmto problémom sodíkovo-iónové batérie prekonávajú olovené batérie v každom ohľade a sú pripravené ich nahradiť, keď sa výroba rozšíri a náklady klesnú.
Porovnanie výkonu sodíkových, lítium-iónových a olovených batérií
| Funkcia | Sodíkovo-iónová batéria | Batéria LFP | Ternárna lítiová batéria | Olovená batéria |
|---|---|---|---|---|
| Hustota energie | 100-150 Wh/kg | 120-200 Wh/kg | 200-350 Wh/kg | 30-50 Wh/kg |
| Životnosť cyklu | Viac ako 2000 cyklov | Viac ako 3000 cyklov | Viac ako 3000 cyklov | 300-500 cyklov |
| Priemerné prevádzkové napätie | 2.8-3.5V | 3-4.5V | 3-4.5V | 2.0V |
| Výkon pri vysokých teplotách | Vynikajúce | Chudobný | Chudobný | Chudobný |
| Výkon pri nízkych teplotách | Vynikajúce | Chudobný | Spravodlivé | Chudobný |
| Výkon rýchleho nabíjania | Vynikajúce | Dobrý | Dobrý | Chudobný |
| Bezpečnosť | Vysoká | Vysoká | Vysoká | Nízka |
| Tolerancia nadmerného vybitia | Vybíjanie na 0 V | Chudobný | Chudobný | Chudobný |
| Náklady na suroviny (pri 200 tis. CNY za tonu uhličitanu lítneho) | 0,3 CNY/Wh (po splatnosti) | 0,46 CNY/Wh | 0,53 CNY/Wh | 0,40 CNY/Wh |
1.1.1 Vynikajúce zachovanie kapacity sodíkovej batérie pri extrémnych teplotách
Sodíkovo-iónové batérie sú šampióni, pokiaľ ide o extrémne teploty, a účinne fungujú pri teplotách od -40 °C do 80 °C. Pri vysokých teplotách (55 °C a 80 °C) sa vybíjajú pri viac ako 100% svojej menovitej kapacity a pri -40 °C si stále zachovávajú viac ako 70% svojej menovitej kapacity. Podporujú aj nabíjanie pri -20 °C s účinnosťou takmer 100%.
Z hľadiska výkonu pri nízkych teplotách prekonávajú sodíkové batérie LFP aj olovené batérie. Pri -20 °C si sodíkovo-iónové batérie zachovávajú približne 90% svojej kapacity, zatiaľ čo kapacita LFP batérií klesne na 70% a olovených batérií len na 48%.
Krivky vybíjania sodíkovo-iónové batérie (vľavo) LFP batérie (uprostred) a olovené batérie (vpravo) pri rôznych teplotách
1.1.2 Výnimočná rýchlosť výkonu sodíkovej batérie
Ióny sodíka sa vďaka menšiemu Stokesovmu priemeru a nižšej solvatačnej energii v polárnych rozpúšťadlách vyznačujú vyššou vodivosťou elektrolytu v porovnaní s iónmi lítia. Stokesov priemer je mierou veľkosti gule v kvapaline, ktorá sa usadzuje rovnakou rýchlosťou ako častica; menší priemer umožňuje rýchlejší pohyb iónov. Nižšia solvatačná energia znamená, že ióny sodíka sa môžu ľahšie zbaviť molekúl rozpúšťadla na povrchu elektródy, čo zvyšuje difúziu iónov a urýchľuje kinetiku iónov v elektrolyte.
Porovnanie veľkosti rozpustených iónov a solvatačných energií (KJ/mol) sodíka a lítia v rôznych rozpúšťadlách
Výsledkom tejto vysokej vodivosti elektrolytu je pôsobivý rýchlostný výkon. Sodíkovo-iónová batéria sa dokáže nabiť až do 90% len za 12 minút - rýchlejšie ako lítiovo-iónové aj olovené batérie.
Porovnanie výkonu rýchleho nabíjania
| Typ batérie | Čas do nabitia na kapacitu 80% |
|---|---|
| Sodíkovo-iónová batéria | 15 minút |
| Ternárne lítium | 30 minút |
| Batéria LFP | 45 minút |
| Olovená batéria | 300 minút |
1.1.3 Vynikajúca bezpečnosť sodíkovo-iónové batérie v extrémnych podmienkach
Lítium-iónové batérie môžu byť náchylné na tepelné vybitie za rôznych podmienok zneužitia, ako je mechanické zneužitie (napr. rozdrvenie, prepichnutie), elektrické zneužitie (napr. skrat, prebíjanie, nadmerné vybíjanie) a tepelné zneužitie (napr. prehriatie). Ak vnútorná teplota dosiahne kritický bod, môže to vyvolať nebezpečné vedľajšie reakcie a spôsobiť nadmerné teplo, čo vedie k tepelnému úniku.
Na druhej strane, sodíkovo-iónové batérie nevykazujú v bezpečnostných testoch rovnaké problémy s tepelným únikom. Prešli hodnoteniami pre nadmerné nabíjanie/vybíjanie, externé skraty, starnutie pri vysokých teplotách a testami zneužitia, ako je rozdrvenie, prepichnutie a vystavenie ohňu, bez rizík spojených s lítium-iónovými batériami.
2.2 Cenovo výhodné riešenia pre rôzne aplikácie, rozširujúci sa trhový potenciál
Sodíkovo-iónové batérie žiaria z hľadiska nákladovej efektívnosti v rôznych aplikáciách. Vo viacerých oblastiach prekonávajú olovené batérie, čím sa stávajú atraktívnou náhradou na trhoch, ako sú malé energetické systémy pre dvojkolesové vozidlá, automobilové štart-stop systémy a telekomunikačné základňové stanice. Vďaka zlepšeniu výkonnosti cyklu a zníženiu nákladov prostredníctvom masovej výroby by sodíkovo-iónové batérie mohli čiastočne nahradiť aj batérie LFP v elektrických vozidlách triedy A00 a v scenároch skladovania energie.
Aplikácie sodíkovo-iónové batérie
- Malé energetické systémy pre dvojkolesové vozidlá: V porovnaní s olovenými batériami majú sodíkovo-iónové batérie lepšie náklady na životný cyklus a hustotu energie.
- Automobilové systémy Štart-Stop: Ich vynikajúci výkon pri vysokých a nízkych teplotách spolu s vynikajúcou životnosťou cyklu dobre vyhovujú požiadavkám automobilového priemyslu na štart-stop.
- Telekomunikačné základňové stanice: Vďaka vysokej bezpečnosti a tolerancii voči nadmernému vybitiu je sodíkovo-iónová batéria ideálna na udržiavanie energie počas výpadkov.
- Skladovanie energie: Sodíkovo-iónové batérie sú vhodné na aplikácie skladovania energie vďaka svojej vysokej bezpečnosti, vynikajúcim teplotným vlastnostiam a dlhej životnosti.
- Elektrické vozidlá triedy A00: Predstavujú nákladovo efektívne a stabilné riešenie, ktoré spĺňa požiadavky na hustotu energie pre tieto vozidlá.
2.2.1 Elektrické vozidlá triedy A00: Riešenie problému kolísania cien LFP v dôsledku nákladov na suroviny
Elektromobily triedy A00, známe aj ako mikromobily, sú navrhnuté tak, aby boli nákladovo efektívne a mali kompaktné rozmery, vďaka čomu sa dokonale hodia na navigáciu v premávke a hľadanie parkovacích miest v preplnených oblastiach.
Pri týchto vozidlách sú náklady na batérie významným faktorom. Cena väčšiny vozidiel triedy A00 sa pohybuje v rozmedzí od 30 000 do 80 000 CNY a je zameraná na trh citlivý na cenu. Vzhľadom na to, že batérie tvoria podstatnú časť nákladov na vozidlo, stabilné ceny batérií sú pre predaj kľúčové.
Tieto mikromobily majú zvyčajne dojazd pod 250 km, len malé percento z nich ponúka dojazd až 400 km. Vysoká energetická hustota teda nie je prvoradým záujmom.
Sodno-iónové batérie majú stabilné náklady na suroviny, pretože sa spoliehajú na uhličitan sodný, ktorého je dostatok a ktorý v porovnaní s batériami LFP menej podlieha cenovým výkyvom. Ich energetická hustota je konkurencieschopná pre vozidlá triedy A00, čo z nich robí nákladovo efektívnu voľbu.
2.2.2 Trh s olovenými batériami: 2.2.2. Trh sodíkovo-iontových batérií, ktorý dosahuje lepšie výsledky vo všetkých oblastiach a je pripravený na nahradenie
Olovené batérie sa používajú predovšetkým v troch aplikáciách: malé napájacie systémy pre dvojkolesové vozidlá, automobilové štart-stop systémy a záložné batérie pre telekomunikačné základňové stanice.
- Malé energetické systémy pre dvojkolesové vozidlá: V porovnaní s olovenými akumulátormi ponúkajú sodíkové batérie vynikajúci výkon, dlhšiu životnosť a vyššiu bezpečnosť.
- Automobilové systémy štart-stop: Vďaka vysokej bezpečnosti a rýchlemu nabíjaniu sú sodíkové batérie ideálnou náhradou olovených batérií v systémoch štart-stop.
- Telekomunikačné základňové stanice: V porovnaní s olovenými akumulátormi poskytujú sodíkovo-iónové batérie lepší výkon z hľadiska odolnosti pri vysokých a nízkych teplotách, nákladovej efektívnosti a dlhodobej bezpečnosti.
Sodíkovo-iónové batérie prekonávajú olovené batérie vo všetkých aspektoch. Schopnosť efektívne pracovať pri extrémnych teplotách spolu s vyššou hustotou energie a cenovými výhodami stavia sodíkovo-iónové batérie do pozície vhodnej náhrady olovených batérií. Očakáva sa, že sodíkovo-iónové batérie budú dominovať, pretože technológia dozrieva a zvyšuje sa nákladová efektívnosť.
Záver
Hľadanie inovatívnych riešení skladovania energie pokračuje, Sodíkovo-iónová batéria vyniká ako všestranná a cenovo výhodná možnosť. Ich schopnosť dobre fungovať v širokom rozsahu teplôt v kombinácii s pôsobivými rýchlostnými schopnosťami a vylepšenými bezpečnostnými funkciami ich stavia do pozície silného konkurenta na trhu s batériami. Či už ide o napájanie elektromobilov triedy A00, náhradu olovených batérií v malých energetických systémoch alebo podporu telekomunikačných základňových staníc, sodíkovo-iónové batérie ponúkajú praktické a perspektívne riešenie. Vďaka pokračujúcemu pokroku a potenciálnemu znižovaniu nákladov prostredníctvom masovej výroby bude sodíkovo-iónová technológia zohrávať kľúčovú úlohu pri formovaní budúcnosti skladovania energie.
