Nel settore dei veicoli a nuova energia, oltre allo sviluppo della tecnologia delle batterie di potenza, anche le batterie al litio, le batterie al sodio, le batterie allo stato solido e altre tecnologie di stoccaggio dell'energia sono un argomento di grande interesse. Con il rapido sviluppo dei veicoli a nuova energia, anche il mercato dell'accumulo di energia sta crescendo rapidamente, attirando molte nuove aziende energetiche e l'afflusso di capitali, il progresso tecnologico nel campo dell'accumulo di energia ha portato grandi benefici anche alle imprese interessate.
Qual è la differenza tra batterie al litio, al sodio e allo stato solido? Quali sono i rispettivi vantaggi? Quali sono le prospettive di sviluppo futuro? Oggi capiremo la differenza tra batterie al litio, al sodio e allo stato solido.
Innanzitutto, parliamo delle batterie agli ioni di litio. Le batterie agli ioni di litio sono una delle tecnologie di accumulo di energia più diffuse e sono composte principalmente da materiali elettrodici positivi e negativi, soluzione elettrolitica, diaframma e additivi elettrolitici.
batteria agli ioni di litio
La batteria al litio è una batteria solida o liquida con litio metallico o lega di litio come materiale anodico e che utilizza un elettrolita organico. Grazie ai suoi vantaggi di alta densità energetica, alta capacità specifica, alto tasso di autoscarica e lunga durata del ciclo, è stata ampiamente utilizzata nel campo dei veicoli a nuova energia, ad esempio nelle biciclette elettriche.
Il vantaggio delle batterie al litio è l'alta densità di energia: a parità di volume del contenitore, possono immagazzinare il doppio dell'elettricità rispetto alle batterie al piombo; ma anche gli svantaggi delle batterie al litio sono molto evidenti: non possono sopportare temperature troppo elevate. Quando la temperatura supera i 50 ℃, esplode; quando la temperatura supera gli 80 ℃, si verifica una combustione spontanea. Inoltre, le batterie al litio sono meno efficienti nella carica e nella scarica a basse temperature, per cui i nuovi veicoli energetici utilizzati in ambienti a bassa temperatura devono essere dotati di speciali apparecchiature di carica.
Attualmente, le principali batterie al litio utilizzate nel campo dei veicoli elettrici comprendono principalmente batterie ternarie al litio, batterie al manganato di litio e così via. Tra queste, le batterie ternarie agli ioni di litio presentano vantaggi in termini di densità energetica e durata del ciclo e sono attualmente il tipo di batteria di potenza più maturo e diffuso. Tuttavia, a causa del prezzo elevato delle sue materie prime, il costo aumenta di conseguenza, limitando in una certa misura il suo sviluppo.
batteria al sodio
Le batterie agli ioni di sodio, un nuovo tipo di tecnologia per l'accumulo di energia, hanno costi inferiori per le materie prime, una migliore sicurezza e una maggiore densità energetica rispetto alle batterie al litio. Il principio di funzionamento delle batterie agli ioni di sodio è simile a quello delle batterie agli ioni di litio, ma la differenza sta nel fatto che le batterie agli ioni di sodio utilizzano un materiale anodico più stabile - il blu di Prussia, che è anche il materiale anodico e catodico più promettente al momento.
Il blu di Prussia è utilizzato principalmente nel campo delle batterie al litio, mentre la batteria agli ioni di sodio è impiegata principalmente nel campo dell'accumulo di energia. I suoi vantaggi risiedono nel basso costo e nell'alta densità di energia, oltre che nella buona sicurezza e nella lunga durata dei cicli, che possono essere applicati a prodotti elettronici portatili, biciclette elettriche e altri campi. Tuttavia, nelle applicazioni pratiche, a causa della bassa stabilità del materiale anodico delle batterie agli ioni di sodio, si verificherà la separazione dei materiali positivi e negativi, per cui le batterie agli ioni di sodio nelle prestazioni del moltiplicatore e nel cicloLa durata dell'anello deve essere ulteriormente migliorata. Attualmente, le batterie agli ioni di sodio sono ancora nella fase di sviluppo tecnologico e di test e non sono ancora entrate nella fase di produzione di massa.
La batteria allo stato solido è un nuovo tipo di batteria che, rispetto alla tradizionale batteria al litio, presenta i vantaggi di un'elevata densità energetica, di un'alta sicurezza, di una lunga durata e di un'adattabilità alle alte e basse temperature.
La tecnologia delle batterie allo stato solido sta progredendo e, con la diffusione dei veicoli a nuova energia, anche le batterie allo stato solido apriranno una nuova serie di opportunità di sviluppo. Le batterie allo stato solido, come tipo di accumulatore di energia, possono migliorare la densità di energia delle batterie agli ioni di litio e, allo stesso tempo, possono prolungare la durata di vita della batteria, senza produrre evidenti rischi per la sicurezza. Inoltre, le batterie allo stato solido possono anche ridurre i costi di produzione e le emissioni di carbonio.
Dal punto di vista dello sviluppo, la tecnologia delle batterie agli ioni di litio allo stato solido è la più probabile tecnologia di accumulo di energia da applicare su larga scala nei prossimi anni, ma deve ancora affrontare alcune sfide nel processo di sviluppo tecnologico.
Da un lato, la soglia tecnologica è più alta; dall'altro, il costo dei materiali è più elevato.
Secondo i dati disponibili, attualmente nel mondo ci sono più di 70% imprese di ricerca e sviluppo sulla tecnologia delle batterie agli ioni di litio allo stato solido che svolgono attività di ricerca e sviluppo in materia. Si ritiene che, grazie ai continui sforzi dei ricercatori, nel prossimo futuro ci sarà una maggiore tecnologia di stoccaggio dell'energia.
Le batterie allo stato solido sono batterie agli ioni di litio con elettroliti allo stato solido e il loro materiale di base è l'elettrolita solido. Rispetto alle batterie agli ioni di litio liquide, le batterie allo stato solido presentano i vantaggi dell'elevata sicurezza, dell'alta densità energetica, dell'alta stabilità, ecc. Tuttavia, poiché il metodo di preparazione dell'elettrolita allo stato solido non è ancora maturo, ci sono ancora molte sfide per la sua applicazione pratica.
Attualmente le batterie allo stato solido presentano diverse difficoltà:
Uno è il costo elevato dei materiali utilizzati nel processo di preparazione;
In secondo luogo, il processo di preparazione è complicato e richiede una lavorazione speciale dei materiali elettrodici e degli elettroliti, con conseguente aumento dei costi di produzione della batteria;
In terzo luogo, il materiale dell'elettrodo deve essere modificato nell'applicazione pratica per evitare la sua reazione con l'elettrolita;
In quarto luogo, è necessario aggiungere ulteriori additivi agli elettrodi a causa della differenza di densità tra l'elettrolita solido e l'elettrolita liquido;
In quinto luogo, gli elettroliti solidi possono reagire tra gli elettrodi e l'elettrolita, causando problemi come una riduzione delle prestazioni elettrochimiche.
Le batterie al sodio, note anche come "batterie al sodio di seconda generazione", sono un nuovo tipo di batterie secondarie. Rispetto alle batterie agli ioni di litio, i vantaggi delle batterie al sodio si riflettono principalmente nei due aspetti seguenti:
(1) Gli ioni di sodio hanno un'elevata densità energetica di massa e volumetrica: rispetto alle batterie agli ioni di litio, la densità energetica di massa per kg di sodio raggiunge i 250 Wh/kg e la densità energetica volumetrica può essere superiore a 400 Wh/L;
(2) Lo ione sodio ha un potenziale basso e la sua capacità specifica può teoricamente raggiungere i 2140 mAh/g. Ciò consente alle batterie al sodio di sostituire le batterie al litio in molte applicazioni, come la scarica ad alta velocità, la carica/scarica ad alta velocità e i cicli di lunga durata.
Tuttavia, a causa delle risorse limitate e della distribuzione non uniforme del sodio, la sua applicazione nel campo dell'accumulo di energia è limitata. Tuttavia, con il progresso della scienza e della tecnologia e lo sviluppo delle nuove tecnologie energetiche, si ritiene che le batterie sodio-zolfo, un nuovo tipo di batteria secondaria, saranno maggiormente utilizzate nel campo dei veicoli a nuova energia.
Le batterie agli ioni di sodio (dette anche batterie al sodio) funzionano secondo un principio simile a quello delle batterie agli ioni di litio, ma l'ambiente operativo e l'intervallo di temperatura sono più vicini a quelli delle batterie agli ioni di litio. La batteria agli ioni di sodio è un nuovo tipo di batteria con un principio simile a quello della batteria al litio. La differenza è che le batterie agli ioni di sodio utilizzano il sodio come materiale catodico per immagazzinare e rilasciare ioni di sodio, mentre le batterie agli ioni di litio utilizzano il litio come materiale catodico per immagazzinare e rilasciare ioni di litio. Inoltre, le batterie agli ioni di sodio presentano i vantaggi del basso costo, delle buone prestazioni a bassa temperatura e dell'abbondanza di risorse.
Poiché le risorse di sodio sono ampiamente distribuite nella crosta terrestre e abbondanti, le prospettive di sviluppo futuro sono migliori. Tuttavia, a causa della natura chimica attiva del sodio, è facile che si verifichino reazioni collaterali durante il processo di ciclaggio, con conseguente riduzione della durata del ciclo della batteria e perdita di capacità, ecc. Attualmente, molte aziende hanno avviato ricerche sulle batterie agli ioni di sodio, come Zhongkehai sodium, Zhongke Haina, Guoxuan Hi-Tech e così via. Tuttavia, a causa del costo elevato e della scarsa sicurezza dell'elettricità da sodio, non esiste ancora un'applicazione commerciale.
Prospettive di sviluppo futuro
Le batterie al litio, le batterie al sodio e le batterie allo stato solido sono tutte tecnologie molto diffuse nel campo dell'accumulo di energia. Tra queste, la batteria al sodio è un nuovo tipo di batteria secondaria con vantaggi di basso prezzo, buona sicurezza e abbondanti riserve. In futuro, con lo sviluppo delle risorse di sodio e delle relative tecnologie, le batterie al sodio conosceranno un rapido sviluppo.
Le batterie allo stato solido sono un nuovo tipo di batteria secondaria, in grado di migliorare le prestazioni dei cicli di carica/scarica e di ottenere buoni risultati in termini di sicurezza e densità energetica. L'attuale tecnologia delle batterie allo stato solido è in costante progresso e credo che, con il continuo progresso della tecnologia, sarà sempre più diffusa in futuro.
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