Dans l'industrie des véhicules à énergie nouvelle, outre le développement de la technologie des batteries de puissance, les batteries au lithium, les batteries au sodium, les batteries à l'état solide et d'autres technologies de stockage de l'énergie sont également un sujet de grande préoccupation. Avec le développement rapide des véhicules à énergie nouvelle, le marché du stockage de l'énergie connaît également une croissance rapide, attirant de nombreuses entreprises du secteur de l'énergie nouvelle et un afflux de capitaux, les progrès technologiques dans le domaine du stockage de l'énergie ont également apporté de grands avantages aux entreprises concernées.
Quelle est la différence entre les piles au lithium, au sodium et à l'état solide ? Quels sont leurs avantages respectifs ? Quelles sont les perspectives d'évolution ? Aujourd'hui, nous allons comprendre la différence entre les piles au lithium, les piles au sodium et les piles à l'état solide.
Tout d'abord, parlons des batteries lithium-ion. Les batteries lithium-ion sont l'une des technologies de stockage d'énergie les plus utilisées. Elles sont principalement composées de matériaux d'électrodes positives et négatives, d'une solution électrolytique, d'un diaphragme et d'additifs d'électrolyte.
batterie li-ion
La batterie au lithium est une batterie solide ou liquide dont l'anode est constituée de lithium métal ou d'alliage de lithium et qui utilise un électrolyte organique. En raison de ses avantages (densité énergétique élevée, capacité spécifique élevée, taux d'autodécharge élevé et longue durée de vie), elle a été largement utilisée dans le domaine des véhicules à énergie nouvelle, par exemple dans les bicyclettes électriques.
L'avantage des batteries au lithium est leur haute densité énergétique : à volume égal, elles peuvent stocker deux fois plus d'électricité que les batteries au plomb ; mais leurs inconvénients sont également très évidents : elles ne peuvent pas supporter une température trop élevée. Lorsque la température dépasse 50 ℃, elle explose ; lorsque la température dépasse 80 ℃, une combustion spontanée se produit. En outre, les batteries au lithium sont moins efficaces pour la charge et la décharge à basse température, de sorte que les véhicules à énergie nouvelle utilisés dans des environnements à basse température doivent être équipés d'un matériel de charge spécial.
À l'heure actuelle, les principales batteries au lithium utilisées dans le domaine des véhicules électriques comprennent principalement les batteries ternaires au lithium, les batteries au manganate de lithium, etc. Parmi elles, les batteries ternaires au lithium présentent des avantages en termes de densité énergétique et de durée de vie. Elles constituent actuellement le type de batterie le plus mature et le plus largement utilisé. Cependant, en raison du prix élevé de ses matières premières, le coût augmente en conséquence, ce qui limite son développement dans une certaine mesure.
batterie au sodium
Les batteries sodium-ion, un nouveau type de technologie de stockage de l'énergie, ont des coûts de matières premières plus faibles, une meilleure sécurité et une densité énergétique plus élevée que les batteries au lithium. Le principe de fonctionnement des batteries sodium-ion est similaire à celui des batteries lithium-ion, mais la différence réside dans le fait que les batteries sodium-ion utilisent un matériau anodique plus stable, le bleu de Prusse, qui est également le matériau anodique et cathodique le plus prometteur à l'heure actuelle.
Le bleu de Prusse est principalement utilisé dans le domaine des piles au lithium, et les piles à ions sodium sont principalement utilisées dans le domaine du stockage de l'énergie. Ses avantages résident dans son faible coût et sa densité énergétique élevée, ainsi que dans sa bonne sécurité et sa longue durée de vie, qui peuvent être appliqués aux produits électroniques portables, aux bicyclettes électriques et à d'autres domaines. Cependant, dans les applications pratiques, en raison de la faible stabilité du matériau de l'anode des batteries sodium-ion, la séparation des matériaux positifs et négatifs se produira, de sorte que les batteries sodium-ion dans la performance du multiplicateur et la durée de vie du cycle.La durée de vie de l'anneau doit encore être améliorée. À l'heure actuelle, les batteries sodium-ion en sont encore au stade du développement technologique et des essais, et n'ont pas encore atteint le stade de la production de masse.
La batterie à l'état solide est un nouveau type de batterie, comparé à la batterie au lithium traditionnelle, elle présente les avantages d'une densité énergétique élevée, d'une grande sécurité, d'une longue durée de vie et d'une adaptabilité à des températures élevées ou basses.
La technologie des batteries à semi-conducteurs progresse actuellement et, avec la popularité des véhicules à énergie nouvelle, les batteries à semi-conducteurs ouvriront également une nouvelle série de possibilités de développement. Les batteries à semi-conducteurs, en tant que type de batterie de stockage d'énergie, peuvent améliorer la densité énergétique des batteries au lithium-ion, tout en prolongeant la durée de vie de la batterie et en ne présentant pas de risques évidents pour la sécurité. En outre, les batteries à semi-conducteurs peuvent également réduire les coûts de production et les émissions de carbone.
Du point de vue du développement, la technologie des batteries lithium-ion à l'état solide est la technologie de stockage d'énergie la plus susceptible de trouver une application à grande échelle dans les prochaines années, mais elle doit encore relever certains défis dans le processus de développement technologique.
D'une part, le seuil technologique est plus élevé ; d'autre part, le coût des matériaux est plus élevé.
D'après les données disponibles, plus de 70% entreprises de recherche et développement sur la technologie des batteries lithium-ion à l'état solide mènent actuellement des travaux de recherche et développement dans le monde. On pense qu'avec les efforts continus des chercheurs, il y aura davantage de technologies de stockage de l'énergie dans un avenir proche.
Les batteries à l'état solide sont des batteries lithium-ion à électrolytes solides, dont le matériau de base est l'électrolyte solide. Par rapport aux batteries lithium-ion liquides, les batteries à l'état solide présentent les avantages d'une grande sécurité, d'une densité énergétique élevée, d'une grande stabilité, etc. Cependant, comme la méthode de préparation de l'électrolyte à l'état solide n'est pas encore au point, son application pratique se heurte encore à de nombreux obstacles.
À l'heure actuelle, les batteries à l'état solide présentent plusieurs difficultés majeures :
La première est le coût élevé des matériaux utilisés dans le processus de préparation ;
Deuxièmement, le processus de préparation est compliqué et nécessite un traitement spécial des matériaux d'électrode et des électrolytes, ce qui entraîne une augmentation des coûts de production de la batterie ;
Troisièmement, le matériau de l'électrode doit être modifié dans la pratique pour éviter sa réaction avec l'électrolyte ;
Quatrièmement, des additifs supplémentaires doivent être ajoutés aux électrodes en raison de la différence de densité entre l'électrolyte solide et l'électrolyte liquide ;
Cinquièmement, les électrolytes solides peuvent réagir entre les électrodes et l'électrolyte, ce qui peut entraîner des problèmes tels qu'une réduction des performances électrochimiques.
Les batteries au sodium, également appelées "batteries au sodium de deuxième génération", constituent un nouveau type de batteries secondaires. Par rapport aux batteries lithium-ion, les avantages des batteries sodium-ion se reflètent principalement dans les deux aspects suivants :
(1) Les ions sodium ont des densités énergétiques massiques et volumétriques élevées. Par rapport aux batteries lithium-ion, la densité énergétique massique par kg de sodium peut atteindre 250 Wh/kg, et la densité énergétique volumétrique peut dépasser 400 Wh/L ;
(2) L'ion sodium a un faible potentiel et sa capacité spécifique peut théoriquement atteindre 2140 mAh/g. Cela permet aux piles au sodium de remplacer les piles au lithium dans de nombreuses applications, telles que la décharge à haut débit, la charge/décharge à haut débit et le cyclage de longue durée.
Toutefois, en raison des ressources limitées et de la distribution inégale du sodium, son application dans le domaine du stockage de l'énergie est limitée. Cependant, avec les progrès de la science et de la technologie et le développement des nouvelles technologies énergétiques, on pense que les batteries sodium-soufre, un nouveau type de batterie secondaire, seront plus largement utilisées dans le domaine des véhicules à énergie nouvelle.
Les batteries sodium-ion (appelées batteries au sodium) fonctionnent selon un principe similaire à celui des batteries lithium-ion, mais leur environnement de fonctionnement et leur plage de températures sont plus proches de ceux des batteries lithium-ion. La batterie sodium-ion est un nouveau type de batterie dont le principe est similaire à celui de la batterie au lithium. La différence est que les batteries sodium-ion utilisent le sodium comme matériau de cathode pour stocker et libérer les ions sodium, tandis que les batteries lithium-ion utilisent le lithium comme matériau de cathode pour stocker et libérer les ions lithium. En outre, les batteries sodium-ion présentent les avantages d'un faible coût, d'une bonne performance à basse température et de ressources abondantes.
Les ressources en sodium étant largement réparties dans la croûte terrestre et abondantes, les perspectives de développement futur sont meilleures. Cependant, en raison de la nature chimique active du sodium, il est facile d'avoir des réactions secondaires pendant le processus de cyclage, ce qui entraîne une réduction de la durée de vie de la batterie et une perte de capacité, etc. À l'heure actuelle, de nombreuses entreprises ont lancé des recherches sur les batteries sodium-ion, telles que Zhongkehai sodium, Zhongke Haina, Guoxuan Hi-Tech, etc. Toutefois, en raison du coût élevé et du manque de sécurité de l'électricité au sodium, il n'y a pas encore d'application commerciale.
Les piles au lithium, les piles au sodium, les piles à l'état solide sont toutes des technologies populaires dans le domaine du stockage de l'énergie aujourd'hui. Parmi elles, la batterie au sodium est un nouveau type de batterie secondaire qui présente les avantages d'un prix bas, d'une bonne sécurité et de réserves abondantes. À l'avenir, avec le développement des ressources en sodium et des technologies connexes, les batteries au sodium connaîtront un développement rapide.
Les batteries à semi-conducteurs sont un nouveau type de batteries secondaires, qui peuvent améliorer les performances du cycle de charge/décharge et obtenir de bons résultats en termes de sécurité et de densité énergétique. La technologie actuelle des piles à l'état solide progresse régulièrement, et je pense qu'avec les progrès continus de la technologie, elle sera plus largement utilisée à l'avenir.
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