En la industria de vehículos de nueva energía, además del desarrollo de la tecnología de baterías de potencia, sobre las baterías de litio, baterías de sodio, baterías de estado sólido y otra tecnología de almacenamiento de energía es también un tema de gran preocupación. Con el rápido desarrollo de los vehículos de nueva energía, el mercado de almacenamiento de energía también está creciendo rápidamente, atrayendo a muchas empresas de nueva energía y la afluencia de capital, el progreso tecnológico en el campo de almacenamiento de energía también ha traído grandes beneficios a las empresas pertinentes.
¿Cuál es la diferencia entre las pilas de litio, las de sodio y las de estado sólido? ¿Cuáles son sus respectivas ventajas? ¿Cuáles son las perspectivas de desarrollo futuro? Hoy comprenderemos la diferencia entre las pilas de litio, las de sodio y las de estado sólido.
En primer lugar, conozcamos las baterías de iones de litio. Las baterías de iones de litio son una de las tecnologías de almacenamiento de energía más utilizadas, y se componen principalmente de materiales de electrodos positivos y negativos, solución electrolítica, diafragma y aditivos electrolíticos.
batería li-ion
La batería de litio es una batería sólida o líquida con metal de litio o aleación de litio como material anódico y que utiliza electrolito orgánico. Debido a sus ventajas de alta densidad energética, alta capacidad específica, alta tasa de autodescarga y larga vida útil, se ha utilizado ampliamente en el campo de los vehículos de nueva energía, por ejemplo, en bicicletas eléctricas.
La ventaja de las baterías de litio es la alta densidad de energía, el mismo volumen de la caja, puede almacenar el doble de la cantidad de electricidad que las baterías de plomo-ácido; pero las desventajas de las baterías de litio son también muy obvias, no puede soportar una temperatura demasiado alta. Cuando la temperatura supera los 50 ℃, explotará; cuando la temperatura supera los 80 ℃, se producirá una combustión espontánea. Además, las baterías de litio son menos eficientes en la carga y descarga a bajas temperaturas, por lo que los vehículos de nueva energía utilizados en entornos de baja temperatura deben estar equipados con equipos de carga especiales.
En la actualidad, las principales baterías de litio utilizadas en el campo de los vehículos eléctricos incluyen principalmente baterías ternarias de litio, baterías de manganato de litio, etc. Entre ellas, las baterías ternarias de litio tienen ventajas en densidad de energía y duración del ciclo. Entre ellas, la batería ternaria de iones de litio tiene ventajas en densidad de energía y duración del ciclo, y es actualmente el tipo de batería eléctrica más maduro y utilizado. Sin embargo, debido al elevado precio de sus materias primas, el coste aumenta en consecuencia, lo que limita en cierta medida su desarrollo.
batería de sodio
Las baterías de iones de sodio, un nuevo tipo de tecnología de almacenamiento de energía, tienen menores costes de materias primas, mayor seguridad y mayor densidad energética que las baterías de litio. El principio de funcionamiento de las baterías de iones de sodio es similar al de las de iones de litio, pero la diferencia radica en que las baterías de iones de sodio utilizan un material anódico más estable: el azul de Prusia, que es también el material anódico y catódico más prometedor en la actualidad.
El azul de prusia se utiliza principalmente en el campo de las baterías de litio, y la batería de iones de sodio se utiliza principalmente en el campo del almacenamiento de energía. Sus ventajas radican en el bajo coste y la alta densidad energética, así como en la buena seguridad y la larga vida útil, que pueden aplicarse a productos electrónicos portátiles, bicicletas eléctricas y otros campos. Sin embargo, en aplicaciones prácticas, debido a la baja estabilidad del material del ánodo de las baterías de iones de sodio, se producirá la separación de los materiales positivo y negativo, por lo que las baterías de iones de sodio en el rendimiento multiplicador y el ciclo.La vida útil del anillo aún debe mejorarse. En la actualidad, las baterías de iones de sodio se encuentran todavía en fase de desarrollo tecnológico y pruebas, y aún no han entrado en la fase de producción en serie.
La batería de estado sólido es un nuevo tipo de batería que, comparada con la batería de litio tradicional, presenta las ventajas de una alta densidad energética, gran seguridad, larga vida útil y adaptabilidad a altas y bajas temperaturas.
La tecnología de las baterías de estado sólido está avanzando actualmente, y con la popularidad de los vehículos de nueva energía, las baterías de estado sólido también marcarán el comienzo de una nueva ronda de oportunidades de desarrollo. Las baterías de estado sólido, como tipo de batería de almacenamiento de energía, pueden mejorar la densidad energética de las baterías de iones de litio y, al mismo tiempo, prolongar la vida útil de la batería y no producir riesgos evidentes para la seguridad. Además, las baterías de estado sólido también pueden reducir los costes de producción y las emisiones de carbono.
Desde el punto de vista del desarrollo, la tecnología de baterías de iones de litio de estado sólido es la que tiene más probabilidades de conseguir una aplicación a gran escala en los próximos años, pero aún se enfrenta a algunos retos en el proceso de desarrollo tecnológico.
Por un lado, el umbral tecnológico es más alto; por otro, el coste de los materiales es más elevado.
Según datos relevantes, actualmente hay más de 701 empresas de investigación y desarrollo de tecnología de baterías de iones de litio de estado sólidoTP3T en el mundo que están llevando a cabo trabajos de investigación y desarrollo relevantes. Se cree que con los continuos esfuerzos de los investigadores, habrá más tecnología de almacenamiento de energía en un futuro próximo.
Las baterías de estado sólido son baterías de iones de litio con electrolitos de estado sólido, y su material principal es el electrolito sólido. En comparación con las baterías de iones de litio líquidas, las baterías de estado sólido tienen las ventajas de una alta seguridad, alta densidad de energía, alta estabilidad, etc. Sin embargo, debido a que el método de preparación del electrolito de estado sólido aún no está maduro, todavía hay muchos desafíos para su aplicación práctica.
En la actualidad, las baterías de estado sólido plantean varias dificultades importantes:
Uno es el elevado coste de los materiales utilizados en el proceso de preparación;
En segundo lugar, el proceso de preparación es complicado y requiere un tratamiento especial de los materiales de los electrodos y los electrolitos, lo que se traduce en mayores costes de producción de la batería;
En tercer lugar, el material del electrodo debe modificarse en la aplicación práctica para evitar su reacción con el electrolito;
En cuarto lugar, es necesario añadir aditivos adicionales a los electrodos debido a la diferencia de densidad entre el electrolito sólido y el electrolito líquido;
En quinto lugar, los electrolitos sólidos pueden reaccionar entre los electrodos y el electrolito, lo que puede provocar problemas como la reducción del rendimiento electroquímico.
Las baterías de sodio, también conocidas como "baterías de sodio de segunda generación", son un nuevo tipo de baterías secundarias. En comparación con las baterías de iones de litio, las ventajas de las baterías de iones de sodio se reflejan principalmente en los dos aspectos siguientes:
(1) Los iones de sodio tienen altas densidades de energía másica y volumétrica. En comparación con las baterías de iones de litio, la densidad de energía másica por kg de sodio es tan alta como 250 Wh/kg, y la densidad de energía volumétrica puede ser superior a 400 Wh/L;
(2) El ion sodio tiene un bajo potencial y su capacidad específica puede alcanzar teóricamente los 2140 mAh/g. Esto permite a las baterías de sodio sustituir a las de litio en muchas aplicaciones, como la descarga a alta velocidad, la carga/descarga a gran velocidad y los ciclos de larga duración.
Sin embargo, debido a los limitados recursos y a la desigual distribución del sodio, su aplicación en el campo del almacenamiento de energía está restringida. Sin embargo, con el progreso de la ciencia y la tecnología y el desarrollo de la tecnología de nuevas energías, se cree que las baterías de sodio-azufre, un nuevo tipo de batería secundaria, se utilizarán más ampliamente en el campo de los vehículos de nuevas energías.
Las baterías de iones de sodio (denominadas baterías de sodio) funcionan según un principio similar al de las baterías de iones de litio, pero su entorno operativo y su rango de temperaturas son más parecidos a los de las baterías de iones de litio. La pila de iones de sodio es un nuevo tipo de pila con un principio similar al de la pila de litio. La diferencia es que las baterías de iones de sodio utilizan sodio como material catódico para almacenar y liberar iones de sodio, mientras que las baterías de iones de litio utilizan litio como material catódico para almacenar y liberar iones de litio. Además, las baterías de iones de sodio tienen las ventajas de su bajo coste, su buen rendimiento a bajas temperaturas y la abundancia de recursos.
Dado que los recursos de sodio están ampliamente distribuidos en la corteza terrestre y son abundantes, las perspectivas de desarrollo futuro son mejores. Sin embargo, debido a la naturaleza química activa del sodio, es fácil que se produzcan reacciones secundarias durante el proceso de ciclado, lo que acorta la vida útil de la batería y provoca pérdidas de capacidad, etc. Por lo tanto, el desarrollo de las baterías de sodio aún debe centrarse en resolver los problemas de estabilidad del material y vida útil. En la actualidad, son muchas las empresas que han puesto en marcha investigaciones sobre baterías de iones de sodio, como Zhongkehai sodium, Zhongke Haina, Guoxuan Hi-Tech, etcétera. Sin embargo, debido al elevado coste y a la escasa seguridad de la electricidad de sodio, aún no existe una aplicación comercial.
Las baterías de litio, las baterías de sodio y las baterías de estado sólido son tecnologías muy populares hoy en día en el campo del almacenamiento de energía. Entre ellas, la batería de sodio es un nuevo tipo de batería secundaria con ventajas de bajo precio, buena seguridad y abundantes reservas. En el futuro, con el desarrollo de los recursos de sodio, así como con el desarrollo de las tecnologías relacionadas, las baterías de sodio experimentarán un rápido desarrollo.
Las baterías de estado sólido son un nuevo tipo de batería secundaria, que puede lograr un mejor rendimiento del ciclo de carga/descarga y obtener buenos resultados en seguridad y densidad energética. La tecnología actual de las baterías de estado sólido avanza constantemente, y creo que con el progreso continuo de la tecnología, su uso se generalizará en el futuro.
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