Rozdíl mezi lithiovými, sodíkovými a polovodičovými bateriemi!

V odvětví nových energetických vozidel je kromě vývoje technologie napájecích baterií velkým tématem také otázka lithiových baterií, sodíkových baterií, polovodičových baterií a dalších technologií skladování energie. S rychlým rozvojem nových energetických vozidel rychle roste také trh s akumulací energie, který přitahuje mnoho nových energetických společností a příliv kapitálu, technologický pokrok v oblasti akumulace energie přinesl velké výhody také příslušným podnikům.
Jaký je rozdíl mezi lithiovými, sodíkovými a polovodičovými bateriemi? Jaké jsou jejich výhody? Jaké jsou vyhlídky budoucího vývoje? Dnes pochopíme rozdíl mezi lithiovými, sodíkovými a polovodičovými bateriemi.

Nejprve se seznámíme s lithium-iontovými bateriemi. Lithium-iontové baterie jsou jednou z nejrozšířenějších technologií skladování energie, která se skládá především z kladných a záporných elektrod, roztoku elektrolytu, membrány a přísad do elektrolytu.

li-ion baterie

Lithiová baterie je pevná nebo kapalná baterie s kovovým lithiem nebo slitinou lithia jako anodovým materiálem a s použitím organického elektrolytu. Díky svým výhodám, jako je vysoká hustota energie, vysoká specifická kapacita, vysoká rychlost samovybíjení a dlouhá životnost, se široce používá v oblasti nových energetických vozidel, například v elektrických jízdních kolech.

Výhodou lithiových baterií je vysoká hustota energie, při stejném objemu pouzdra je množství energie, které mohou uložit, dvakrát větší než u olověných baterií; nevýhody lithiových baterií jsou však také zřejmé, nemohou odolávat nadměrné teplotě. Když teplota překročí 50 ℃, dojde k explozi; když teplota překročí 80 ℃, dojde k samovznícení. Kromě toho je účinnost nabíjení a vybíjení lithiových baterií při nízkých teplotách nízká, takže nová energetická vozidla používaná v prostředí s nízkými teplotami musí být vybavena speciálním nabíjecím zařízením.

V současné době se v oblasti elektromobilů používají hlavně lithiové baterie s ternární strukturou, lithium-manganátové baterie atd. Mezi nimi mají lithiové baterie s ternární strukturou výhodu v hustotě energie a životnosti cyklu. Li-ion ternární baterie má mezi nimi výhody v hustotě energie a životnosti cyklu a v současné době je nejvyspělejším a nejpoužívanějším typem elektrické baterie. Vzhledem k vysoké ceně surovin se však odpovídajícím způsobem zvyšují náklady, což do jisté míry omezuje jejich rozvoj.

sodíková baterie

Sodíkové baterie, nový typ technologie skladování energie, mají nižší náklady na suroviny, vyšší bezpečnost a vyšší hustotu energie než lithiové baterie. Princip fungování sodíkových baterií je podobný principu lithium-iontových baterií, rozdíl však spočívá v tom, že sodíkové baterie používají stabilnější anodový materiál - pruskou modř, která je v současnosti také nejslibnějším anodovým a katodovým materiálem.

Pruská modř se používá hlavně v oblasti lithiových baterií a sodíkové iontové baterie se používají hlavně v oblasti skladování energie. Její přednosti spočívají v nízké ceně a vysoké hustotě energie, jakož i v dobré bezpečnosti a dlouhé životnosti cyklu, které lze použít v přenosných elektronických výrobcích, elektrických jízdních kolech a dalších oblastech. V praktických aplikacích však v důsledku nízké stability anodového materiálu sodíkových baterií dojde k oddělení kladného a záporného materiálu, takže sodíkové baterie v násobném výkonu a cyklu mohou mít nižší životnost.Životnost kroužku je třeba ještě zlepšit. V současné době jsou sodíkové baterie stále ve fázi technologického vývoje a testování a zatím se nedostaly do fáze masové výroby.

polovodičová baterie

Polovodičová baterie je nový typ baterie, která má ve srovnání s tradiční lithiovou baterií výhodu vysoké hustoty energie, vysoké bezpečnosti, dlouhé životnosti a přizpůsobivosti vysokým a nízkým teplotám.

Technologie polovodičových baterií se v současné době vyvíjí a s oblibou nových energetických vozidel přinesou polovodičové baterie také nové možnosti vývoje. Polovodičové baterie jako druh baterie pro ukládání energie mohou zlepšit energetickou hustotu lithium-iontových baterií a zároveň mohou prodloužit životnost baterie a nebudou vytvářet zjevná bezpečnostní rizika. Kromě toho mohou polovodičové baterie také snížit výrobní náklady a snížit emise uhlíku.

Z hlediska vývoje je technologie pevnolátkových lithium-iontových baterií nejpravděpodobnější technologií skladování energie, která se v příštích několika letech uplatní ve velkém měřítku, ale stále čelí některým výzvám v procesu vývoje technologie.

Na jedné straně je vyšší technologický práh, na druhé straně jsou vyšší náklady na materiál.

Podle příslušných údajů v současné době provádí výzkum a vývoj více než 70% lithium-iontových baterií na světě. Předpokládá se, že díky nepřetržitému úsilí výzkumných pracovníků bude v blízké budoucnosti existovat více technologií skladování energie.

pevný elektrolyt

Polovodičové baterie jsou lithium-iontové baterie s elektrolytem v pevné fázi a jejich základním materiálem je pevný elektrolyt. V porovnání s kapalnými lithium-iontovými bateriemi mají baterie v pevné fázi výhodu vysoké bezpečnosti, vysoké hustoty energie, vysoké stability atd. Protože však metoda přípravy elektrolytu v pevné fázi ještě není vyspělá, existuje stále mnoho problémů pro jejich praktické použití.

V současné době je s polovodičovými bateriemi několik zásadních problémů:

  Jedním z nich je vysoká cena materiálů používaných při přípravě;

  Za druhé, proces přípravy je složitý a vyžaduje speciální zpracování elektrodových materiálů a elektrolytů, což vede k vyšším výrobním nákladům baterie;

  Zatřetí je třeba při praktickém použití upravit materiál elektrody, aby nedocházelo k její reakci s elektrolytem;

  Za čtvrté je třeba do elektrod přidávat další přísady kvůli rozdílu v hustotě mezi pevným a kapalným elektrolytem;

  Za páté, pevné elektrolyty mohou reagovat mezi elektrodami a elektrolytem, což může vést k problémům, jako je snížený elektrochemický výkon.

sodíkový sirný akumulátor

Sodíkové baterie, známé také jako "sodíkové baterie druhé generace", jsou novým typem sekundárních baterií. Ve srovnání s lithium-iontovými bateriemi se výhody sodíkových baterií projevují především v následujících dvou aspektech:

(1) Ionty sodíku mají vysokou hmotnostní a objemovou hustotu energie. V porovnání s lithium-iontovými bateriemi je hmotnostní hustota energie na kg sodíku až 250 Wh/kg a objemová hustota energie může dosáhnout více než 400 Wh/l;

(2) Sodíkové ionty mají nízký potenciál a jejich měrná kapacita může teoreticky dosáhnout 2140 mAh/g. To umožňuje sodíkovým bateriím nahradit lithiové baterie v mnoha aplikacích, jako je vybíjení vysokou rychlostí, nabíjení/vybíjení velkou rychlostí a dlouhodobé cyklování.

Vzhledem k omezeným zdrojům a nerovnoměrnému rozložení sodíku je však jeho použití v oblasti skladování energie omezené. S pokrokem vědy a techniky a rozvojem nových energetických technologií se však předpokládá, že sodíko-sirné baterie, nový typ sekundárních baterií, budou mít v oblasti nových energetických vozidel širší uplatnění.

sodíkové iontové baterie

Sodíkové baterie (označované jako sodíkové baterie) fungují na podobném principu jako lithium-iontové baterie, ale jejich provozní prostředí a teplotní rozsah jsou bližší lithium-iontovým bateriím. Sodíkové baterie jsou v principu podobné lithiovým bateriím. Rozdíl spočívá v tom, že sodíkové baterie používají jako katodový materiál sodík k ukládání a uvolňování sodíkových iontů, zatímco lithiové baterie používají jako katodový materiál lithium k ukládání a uvolňování lithiových iontů. Kromě toho mají sodíkové baterie výhodu nízkých nákladů, dobrého výkonu při nízkých teplotách a velkého množství zdrojů.

Vzhledem k tomu, že zdroje sodíku jsou v zemské kůře široce rozšířeny a jsou hojné, jsou vyhlídky na budoucí rozvoj lepší. Vzhledem k aktivní chemické povaze sodíku však v průběhu cyklického procesu snadno dochází k vedlejším reakcím, což vede ke zkrácení životnosti baterie, ztrátě kapacity atd. Proto je třeba se při vývoji sodíkových baterií stále zaměřovat na řešení problémů stability materiálu a životnosti cyklu. V současné době zahájilo výzkum sodíkových iontových baterií mnoho společností, například Zhongkehai sodium, Zhongke Haina, Guoxuan Hi-Tech atd. Vzhledem k vysokým nákladům a nízké bezpečnosti sodíkové elektřiny však zatím neexistuje komerční využití.

Perspektivy budoucího vývoje

Lithiové baterie, sodíkové baterie, polovodičové baterie, to vše jsou dnes populární technologie v oblasti skladování energie. Mezi nimi je sodíková baterie novým typem sekundární baterie s výhodami nízké ceny, dobré bezpečnosti a velkých zásob. V budoucnu s rozvojem zdrojů sodíku a s rozvojem souvisejících technologií budou sodíkové baterie znamenat rychlý rozvoj.

Polovodičové baterie jsou novým typem sekundárních baterií, které mohou dosáhnout lepšího výkonu při nabíjecím/vybíjecím cyklu a dobrých výsledků v oblasti bezpečnosti a hustoty energie. Současná technologie polovodičových baterií se neustále vyvíjí a věřím, že s neustálým technologickým pokrokem se v budoucnu rozšíří.