In der neuen Energiefahrzeugindustrie ist neben der Entwicklung der Batterietechnologie auch die Entwicklung von Lithiumbatterien, Natriumbatterien, Festkörperbatterien und anderen Energiespeichertechnologien ein Thema von großer Bedeutung. Mit der rasanten Entwicklung der neuen Energiefahrzeuge wächst auch der Energiespeichermarkt schnell und zieht viele neue Energieunternehmen und Kapitalzuflüsse an. Der technologische Fortschritt im Bereich der Energiespeicherung hat auch den betreffenden Unternehmen große Vorteile gebracht.
Was ist also der Unterschied zwischen Lithium-, Natrium- und Festkörperbatterien? Was sind ihre jeweiligen Vorteile? Wie sind die Aussichten für die künftige Entwicklung? Heute werden wir den Unterschied zwischen Lithiumbatterien, Natriumbatterien und Festkörperbatterien verstehen.
Lassen Sie uns zunächst etwas über Lithium-Ionen-Batterien erfahren. Lithium-Ionen-Batterien sind eine der am weitesten verbreiteten Energiespeichertechnologien, die hauptsächlich aus positiven und negativen Elektrodenmaterialien, Elektrolytlösung, Diaphragma und Elektrolytzusätzen bestehen.
Li-Ionen-Akku
Die Lithiumbatterie ist eine feste oder flüssige Batterie mit Lithiummetall oder einer Lithiumlegierung als Anodenmaterial und einem organischen Elektrolyten. Aufgrund ihrer Vorteile wie hohe Energiedichte, hohe spezifische Kapazität, hohe Selbstentladungsrate und lange Zykluslebensdauer ist sie im Bereich der neuen Energiefahrzeuge, z. B. in Elektrofahrrädern, weit verbreitet.
Der Vorteil von Lithium-Batterien ist die hohe Energiedichte, das gleiche Volumen des Gehäuses, kann es die doppelte Menge an Strom als Blei-Säure-Batterien zu speichern; aber die Nachteile von Lithium-Batterien sind auch sehr offensichtlich, kann es nicht zu hohe Temperatur standhalten. Wenn die Temperatur 50 ℃ übersteigt, wird sie explodieren; wenn die Temperatur 80 ℃ übersteigt, kommt es zu einer spontanen Verbrennung. Darüber hinaus sind Lithiumbatterien bei niedrigen Temperaturen weniger effizient beim Laden und Entladen, so dass neue Energiefahrzeuge, die in Umgebungen mit niedrigen Temperaturen eingesetzt werden, mit speziellen Ladegeräten ausgestattet werden müssen.
Derzeit werden im Bereich der Elektrofahrzeuge hauptsächlich Lithiumbatterien verwendet, darunter ternäre Lithiumbatterien, Lithiummanganatbatterien usw. Die ternären Lithiumbatterien haben Vorteile bei der Energiedichte und der Lebensdauer. Die ternäre Lithium-Ionen-Batterie hat Vorteile in Bezug auf Energiedichte und Lebensdauer und ist derzeit der ausgereifteste und am weitesten verbreitete Batterietyp. Aufgrund des hohen Preises ihrer Rohstoffe steigen jedoch die Kosten entsprechend, was ihre Entwicklung in gewissem Maße einschränkt.
Natriumbatterie
Natrium-Ionen-Batterien, eine neue Art von Energiespeichertechnologie, haben niedrigere Rohstoffkosten, eine bessere Sicherheit und eine höhere Energiedichte als Lithium-Batterien. Das Funktionsprinzip von Natrium-Ionen-Batterien ähnelt dem von Lithium-Ionen-Batterien. Der Unterschied liegt jedoch darin, dass in Natrium-Ionen-Batterien ein stabileres Anodenmaterial - Preußischblau - verwendet wird, das auch das derzeit vielversprechendste Anoden- und Kathodenmaterial ist.
Preußischblau wird hauptsächlich im Bereich der Lithiumbatterie verwendet, und Natriumionenbatterien werden hauptsächlich im Bereich der Energiespeicherung eingesetzt. Ihre Vorteile liegen in den niedrigen Kosten und der hohen Energiedichte sowie der guten Sicherheit und der langen Lebensdauer, die für tragbare elektronische Produkte, Elektrofahrräder und andere Bereiche genutzt werden können. In der Praxis kommt es jedoch aufgrund der geringen Stabilität des Anodenmaterials von Natrium-Ionen-Batterien zu einer Trennung der positiven und negativen Materialien, so dass die Natrium-Ionen-Batterien in der Multiplikatorleistung und im ZyklusDie Lebensdauer der Ringe muss noch weiter verbessert werden. Derzeit befinden sich Natrium-Ionen-Batterien noch in der Phase der Technologieentwicklung und -erprobung und sind noch nicht für die Massenproduktion geeignet.
Die Festkörperbatterie ist ein neuer Batterietyp, der im Vergleich zur herkömmlichen Lithiumbatterie die Vorteile einer hohen Energiedichte, einer hohen Sicherheit, einer langen Lebensdauer und einer hohen und niedrigen Temperaturanpassungsfähigkeit aufweist.
Die Technologie der Festkörperbatterien ist auf dem Vormarsch, und mit der Popularität der neuen Energiefahrzeuge werden auch die Festkörperbatterien eine neue Runde von Entwicklungsmöglichkeiten einleiten. Festkörperbatterien als eine Art Energiespeicher können die Energiedichte von Lithium-Ionen-Batterien verbessern und gleichzeitig die Lebensdauer der Batterie verlängern, ohne dass offensichtliche Sicherheitsrisiken entstehen. Darüber hinaus können Festkörperbatterien auch die Produktionskosten senken und die Kohlenstoffemissionen reduzieren.
Aus der Sicht der Entwicklung ist die Lithium-Ionen-Batterietechnologie die wahrscheinlichste Energiespeichertechnologie, die in den nächsten Jahren in großem Maßstab eingesetzt werden wird, aber noch einige Herausforderungen bei der Technologieentwicklung zu bewältigen hat.
Zum einen ist die technologische Schwelle höher, zum anderen sind die Materialkosten höher.
Nach den einschlägigen Daten gibt es derzeit mehr als 70% Unternehmen in der Welt, die Forschungs- und Entwicklungsarbeiten im Bereich der Lithium-Ionen-Batterietechnologie durchführen. Es wird davon ausgegangen, dass mit den kontinuierlichen Bemühungen der Forscher in naher Zukunft mehr Energiespeichertechnologie zur Verfügung stehen wird.
Festkörperbatterien sind Lithium-Ionen-Batterien mit Festkörperelektrolyten, deren Kernmaterial ein fester Elektrolyt ist. Im Vergleich zu flüssigen Lithium-Ionen-Batterien haben Festkörperbatterien die Vorteile hoher Sicherheit, hoher Energiedichte, hoher Stabilität usw. Da die Herstellungsmethode von Festkörperelektrolyten jedoch noch nicht ausgereift ist, gibt es noch viele Herausforderungen für ihre praktische Anwendung.
Derzeit gibt es bei Festkörperbatterien mehrere große Schwierigkeiten:
Einer davon sind die hohen Kosten der für die Zubereitung verwendeten Materialien;
Zweitens ist der Herstellungsprozess kompliziert und erfordert eine spezielle Verarbeitung der Elektrodenmaterialien und Elektrolyte, was zu höheren Produktionskosten der Batterie führt;
Drittens muss das Elektrodenmaterial in der praktischen Anwendung modifiziert werden, um Reaktionen mit dem Elektrolyten zu vermeiden;
Viertens müssen den Elektroden aufgrund des Dichteunterschieds zwischen Festelektrolyt und Flüssigelektrolyt zusätzliche Additive zugesetzt werden;
Fünftens können feste Elektrolyte zwischen den Elektroden und dem Elektrolyten reagieren, was zu Problemen wie einer verminderten elektrochemischen Leistung führen kann.
Natriumbatterien, auch bekannt als "Natriumbatterien der zweiten Generation", sind eine neue Art von Sekundärbatterien. Im Vergleich zu Lithium-Ionen-Batterien zeigen sich die Vorteile von Natrium-Ionen-Batterien vor allem in den folgenden zwei Aspekten:
(1) Natriumionen haben eine hohe Massen- und Volumen-Energiedichte: Im Vergleich zu Lithium-Ionen-Batterien beträgt die Massen-Energiedichte pro kg Natrium bis zu 250 Wh/kg und die Volumen-Energiedichte kann mehr als 400 Wh/L betragen;
(2) Natriumionen haben ein niedriges Potenzial und ihre spezifische Kapazität kann theoretisch 2140 mAh/g erreichen. Dies ermöglicht es Natriumbatterien, Lithiumbatterien in vielen Anwendungen zu ersetzen, z. B. bei Entladungen mit hohen Raten, Ladungen/Entladungen mit hohen Raten und Langzeitzyklen.
Aufgrund der begrenzten Ressourcen und der ungleichmäßigen Verteilung von Natrium ist seine Anwendung im Bereich der Energiespeicherung jedoch begrenzt. Mit den Fortschritten in Wissenschaft und Technik und der Entwicklung neuer Energietechnologien wird jedoch davon ausgegangen, dass Natrium-Schwefel-Batterien, eine neue Art von Sekundärbatterien, im Bereich der neuen Energiefahrzeuge eine größere Verbreitung finden werden.
Natrium-Ionen-Batterien (auch als Natriumbatterien bezeichnet) funktionieren nach einem ähnlichen Prinzip wie Lithium-Ionen-Batterien, ihre Betriebsumgebung und ihr Temperaturbereich sind jedoch näher an denen von Lithium-Ionen-Batterien. Die Natrium-Ionen-Batterie ist eine neue Art von Batterie mit einem ähnlichen Prinzip wie die Lithium-Batterie. Der Unterschied besteht darin, dass Natrium-Ionen-Batterien Natrium als Kathodenmaterial verwenden, um Natrium-Ionen zu speichern und freizusetzen, während Lithium-Ionen-Batterien Lithium als Kathodenmaterial verwenden, um Lithium-Ionen zu speichern und freizusetzen. Darüber hinaus haben Natrium-Ionen-Batterien den Vorteil, dass sie kostengünstig sind, eine gute Leistung bei niedrigen Temperaturen bieten und über reichlich Ressourcen verfügen.
Da Natriumressourcen in der Erdkruste weit verbreitet und reichlich vorhanden sind, sind die künftigen Entwicklungsaussichten besser. Aufgrund der aktiven chemischen Natur von Natrium kann es jedoch leicht zu Nebenreaktionen während des Zyklusprozesses kommen, was zu einer verkürzten Lebensdauer der Batterie und zu Kapazitätsverlusten führt usw. Daher muss sich die Entwicklung von Natriumbatterien noch auf die Lösung der Probleme der Materialstabilität und der Lebensdauer konzentrieren. Derzeit forschen viele Unternehmen wie Zhongkehai Natrium, Zhongke Haina, Guoxuan Hi-Tech usw. an Natriumionenbatterien. Aufgrund der hohen Kosten und der geringen Sicherheit von Natriumstrom gibt es jedoch noch keine kommerzielle Anwendung.
Künftige Entwicklungsperspektiven
Lithiumbatterien, Natriumbatterien und Festkörperbatterien sind heute beliebte Technologien auf dem Gebiet der Energiespeicherung. Unter ihnen ist die Natriumbatterie eine neue Art von Sekundärbatterie mit den Vorteilen eines niedrigen Preises, guter Sicherheit und reichlicher Reserven. In Zukunft werden Natriumbatterien mit der Erschließung der Natriumressourcen und der Entwicklung der zugehörigen Technologien eine rasante Entwicklung durchlaufen.
Festkörperbatterien sind eine neue Art von Sekundärbatterien, die eine bessere Leistung bei Lade-/Entladezyklen und gute Ergebnisse bei Sicherheit und Energiedichte erzielen können. Die derzeitige Technologie der Festkörperbatterien schreitet stetig voran, und ich bin überzeugt, dass sie mit dem kontinuierlichen Fortschritt der Technologie in der Zukunft eine größere Verbreitung finden wird.
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