Вступ
У світі зберігання енергії, що стрімко розвивається, натрій-іонні акумулятори стали багатообіцяючою альтернативою традиційним літій-іонним та свинцево-кислотним батареям. Завдяки останнім технологічним досягненням і зростаючому попиту на екологічні рішення, натрій-іонні акумулятори мають унікальний набір переваг. Вони вирізняються відмінною роботою за екстремальних температур, вражаючою швидкістю заряду і високими стандартами безпеки. У цій статті розглядаються цікаві сфери застосування натрій-іонних акумуляторів і досліджується, як вони можуть замінити свинцево-кислотні акумулятори і частково замінити літій-іонні батареї в певних сценаріях - при цьому пропонуючи економічно вигідне рішення.
Kamada Power це Китайські виробники іонно-натрієвих акумуляторівпропонуючи Іонно-натрієва батарея на продаж і Іонно-натрієва батарея 12В 100Ач, Іонно-натрієва батарея 12В 200Ачпідтримка індивідуальна нанобатарея напруга (12В, 24В, 48В), ємність (50Ач, 100Ач, 200Ач, 300Ач), функція, зовнішній вигляд і так далі.
1.1 Численні переваги натрій-іонних акумуляторів
У порівнянні з літій-залізо-фосфатними (LFP) і потрійними літієвими акумуляторами, натрій-іонні батареї демонструють поєднання сильних сторін і сфер, які потребують вдосконалення. Очікується, що з переходом до масового виробництва ці батареї матимуть економічні переваги завдяки сировині, чудовому збереженню ємності в екстремальних температурах та винятковій швидкості заряджання. Однак наразі вони мають нижчу щільність енергії та коротший термін служби, що все ще потребує доопрацювання. Незважаючи на ці проблеми, натрій-іонні акумулятори випереджають свинцево-кислотні батареї в усіх відношеннях і готові замінити їх у міру збільшення обсягів виробництва і зниження вартості.
Порівняння продуктивності натрій-іонних, літій-іонних та свинцево-кислотних акумуляторів
| Особливість | Натрій-іонний акумулятор | Акумулятор LFP | Потрійна літієва батарея | Свинцево-кислотний акумулятор |
|---|---|---|---|---|
| Щільність енергії | 100-150 Вт/кг | 120-200 Вт/кг | 200-350 Вт/кг | 30-50 Вт/кг |
| Життя циклу | 2000+ циклів | 3000+ циклів | 3000+ циклів | 300-500 циклів |
| Середня робоча напруга | 2.8-3.5V | 3-4.5V | 3-4.5V | 2.0V |
| Високотемпературні характеристики | Чудово. | Бідолаха. | Бідолаха. | Бідолаха. |
| Низькотемпературні характеристики | Чудово. | Бідолаха. | Справедливо | Бідолаха. |
| Швидко заряджається продуктивність | Чудово. | Добре. | Добре. | Бідолаха. |
| Безпека | Високий | Високий | Високий | Низький |
| Толерантність до надмірного розряду | Розряд до 0В | Бідолаха. | Бідолаха. | Бідолаха. |
| Вартість сировини (при ціні 200 тис. юанів за тонну карбонату літію) | 0.3 CNY/Вт-год (після погашення) | 0.46 CNY/Вт-год | 0.53 CNY/Вт-год | 0.40 CNY/год |
1.1.1 Чудове збереження ємності натрій-іонного акумулятора за екстремальних температур
Натрій-іонні акумулятори - чемпіони з витривалості до екстремальних температур, ефективно працюючи в діапазоні від -40°C до 80°C. Вони розряджаються більш ніж на 100% від номінальної ємності при високих температурах (55°C і 80°C) і зберігають понад 70% від номінальної ємності при -40°C. Вони також підтримують заряджання при -20°C з ефективністю майже 100%.
За низькотемпературними характеристиками натрій-іонні акумулятори перевершують як LFP, так і свинцево-кислотні батареї. При температурі -20°C іонно-натрієві батареї зберігають близько 90% своєї ємності, тоді як LFP батареї падають до 70%, а свинцево-кислотні - лише до 48%.
Криві розряду натрій-іонного акумулятора (ліворуч), LFP акумулятора (посередині) та свинцево-кислотного акумулятора (праворуч) при різних температурах
1.1.2 Виняткова продуктивність натрій-іонного акумулятора
Іони натрію, завдяки меншому діаметру Стокса та меншій енергії розчинення в полярних розчинниках, мають вищу електропровідність електроліту порівняно з іонами літію. Діаметр Стокса - це міра розміру сфери в рідині, яка осідає з тією ж швидкістю, що й частинка; менший діаметр дозволяє іонам рухатися швидше. Нижча енергія сольватації означає, що іони натрію можуть легше відщеплювати молекули розчинника на поверхні електрода, посилюючи іонну дифузію і прискорюючи кінетику іонів в електроліті.
Порівняння розмірів розчинених іонів та енергій розчинення (КДж/моль) натрію і літію в різних розчинниках
Висока провідність електроліту забезпечує вражаючу швидкість заряду. Натрій-іонна батарея може зарядитися до 90% всього за 12 хвилин - швидше, ніж літій-іонні та свинцево-кислотні акумулятори.
Порівняння продуктивності швидкої зарядки
| Тип батареї | Час заряджання до ємності 80% |
|---|---|
| Натрій-іонний акумулятор | 15 хвилин |
| Потрійний літій | 30 хвилин |
| Акумулятор LFP | 45 хвилин |
| Свинцево-кислотний акумулятор | 300 хвилин |
1.1.3 Відмінні показники безпеки натрій-іонного акумулятора в екстремальних умовах
Літій-іонні акумулятори можуть бути схильні до теплового розряду за різних несприятливих умов, таких як механічне пошкодження (наприклад, розчавлювання, проколювання), електричне пошкодження (наприклад, коротке замикання, надмірна зарядка, надмірна розрядка) та термічне пошкодження (наприклад, перегрів). Якщо внутрішня температура досягає критичної точки, це може спричинити небезпечні побічні реакції та викликати надмірне нагрівання, що призводить до теплової втечі.
Натрій-іонні акумулятори, з іншого боку, не показали таких же проблем з тепловим випромінюванням в тестах на безпеку. Вони пройшли випробування на перезаряд/розряд, зовнішні короткі замикання, старіння при високих температурах і зловживання, такі як розчавлювання, проколювання і вплив вогню, без ризиків, пов'язаних з літій-іонними батареями.
2.2 Економічно ефективні рішення для різних застосувань, що розширюють ринковий потенціал
Натрій-іонні акумулятори вирізняються економічною ефективністю в різних сферах застосування. Вони перевершують свинцево-кислотні акумулятори в кількох сферах, що робить їх привабливою заміною на таких ринках, як двоколісні системи малої потужності, автомобільні системи "старт-стоп" і телекомунікаційні базові станції. Завдяки покращенню продуктивності циклу та зниженню витрат завдяки масовому виробництву, натрій-іонні батареї також можуть частково замінити LFP-батареї в електромобілях класу A00 та в сценаріях зберігання енергії.
Застосування натрій-іонних акумуляторів
- Двоколісні малі енергетичні системи: Натрій-іонні акумулятори мають кращу вартість життєвого циклу та щільність енергії порівняно зі свинцево-кислотними акумуляторами.
- Автомобільні системи старт-стоп: Їх відмінні високо- і низькотемпературні характеристики, а також чудовий термін служби добре відповідають вимогам автомобільних систем "старт-стоп".
- Базові телекомунікаційні станції: Висока безпека та стійкість до перерозряду роблять натрій-іонні акумулятори ідеальним рішенням для підтримки живлення під час відключень електроенергії.
- Зберігання енергії: Натрій-іонні акумулятори добре підходять для зберігання енергії завдяки своїй високій безпеці, відмінним температурним характеристикам і тривалому терміну служби.
- Електромобілі класу А00: Вони є економічно ефективним і стабільним рішенням, що відповідає потребам щільності енергії для цих транспортних засобів.
2.2.1 Електромобілі класу А00: Вирішення проблеми коливань цін на ДТЗ через вартість сировини
Електромобілі класу А00, також відомі як мікроавтобуси, розроблені для того, щоб бути економічно ефективними при компактних розмірах, що робить їх ідеальними для навігації в дорожньому русі та пошуку місця для паркування в місцях великого скупчення людей.
Для цих автомобілів вартість акумулятора є важливим фактором. Більшість автомобілів класу А00 коштують від 30 000 до 80 000 китайських юанів, орієнтуючись на чутливий до ціни ринок. З огляду на те, що батареї складають значну частину вартості автомобіля, стабільні ціни на батареї мають вирішальне значення для продажів.
Ці мікроавтобуси зазвичай мають запас ходу до 250 км, і лише невеликий відсоток пропонує до 400 км. Таким чином, висока щільність енергії не є першочерговим завданням.
Натрій-іонні акумулятори мають стабільні витрати на сировину, оскільки використовують карбонат натрію, який є в достатку і менш схильний до цінових коливань порівняно з LFP акумуляторами. Їх щільність енергії є конкурентоспроможною для автомобілів класу А00, що робить їх економічно вигідним вибором.
2.2.2 Ринок свинцево-кислотних акумуляторів: Натрій-іонні акумулятори перевершують за всіма показниками, готові до заміни
Свинцево-кислотні акумулятори в основному використовуються в трьох сферах: двоколісні системи малої потужності, автомобільні системи "старт-стоп" і резервні батареї телекомунікаційних базових станцій.
- Двоколісні малі енергетичні системи: Натрій-іонні акумулятори мають вищу продуктивність, довший термін служби і вищу безпеку порівняно зі свинцево-кислотними акумуляторами.
- Автомобільні системи старт-стоп: Високий рівень безпеки та швидка зарядка натрій-іонних акумуляторів роблять їх ідеальною заміною свинцево-кислотним батареям у системах "старт-стоп".
- Базові телекомунікаційні станції: Натрій-іонні акумулятори забезпечують кращі характеристики з точки зору витривалості до високих і низьких температур, економічної ефективності та довгострокової безпеки порівняно зі свинцево-кислотними акумуляторами.
Іонно-натрієві акумулятори перевершують свинцево-кислотні батареї в усіх аспектах. Здатність ефективно працювати при екстремальних температурах у поєднанні з вищою щільністю енергії та економічними перевагами позиціонує іонно-натрієві акумулятори як підходящу заміну свинцево-кислотним акумуляторам. Очікується, що натрій-іонні акумулятори будуть домінувати в міру розвитку технологій і підвищення економічної ефективності.
Висновок
Пошук інноваційних рішень для зберігання енергії триває, Натрій-іонний акумулятор виділяються як універсальний і економічно вигідний варіант. Їх здатність добре працювати в широкому діапазоні температур у поєднанні з вражаючою швидкістю заряду і підвищеними функціями безпеки робить їх сильним конкурентом на ринку акумуляторів. Незалежно від того, чи використовуються вони для живлення електромобілів класу A00, заміни свинцево-кислотних акумуляторів у невеликих енергосистемах або для підтримки базових станцій телекомунікацій, натрій-іонні батареї є практичним і перспективним рішенням. Завдяки постійному вдосконаленню та потенційному зниженню витрат завдяки масовому виробництву, іонно-натрієві технології відіграватимуть ключову роль у формуванні майбутнього накопичувачів енергії.
