Diferença entre baterias de lítio, de sódio e de estado sólido!

Na nova indústria de veículos de energia, para além do desenvolvimento da tecnologia de baterias de potência, as baterias de lítio, as baterias de sódio, as baterias de estado sólido e outras tecnologias de armazenamento de energia são também um tema de grande preocupação. Com o rápido desenvolvimento de novos veículos de energia, o mercado de armazenamento de energia também está a crescer rapidamente, atraindo muitas novas empresas de energia e influxo de capital, o progresso tecnológico no domínio do armazenamento de energia também trouxe grandes benefícios para as empresas relevantes.
Qual é a diferença entre as pilhas de lítio, de sódio e de estado sólido? Quais são as suas vantagens? Quais são as perspectivas de desenvolvimento futuro? Hoje vamos perceber a diferença entre as baterias de lítio, as baterias de sódio e as baterias de estado sólido.

Em primeiro lugar, vamos aprender sobre as baterias de iões de lítio. As baterias de iões de lítio são uma das tecnologias de armazenamento de energia mais utilizadas, compostas principalmente por materiais de eléctrodos positivos e negativos, solução electrolítica, diafragma e aditivos electrolíticos.

bateria de iões de lítio

A bateria de lítio é uma bateria sólida ou líquida com lítio metálico ou liga de lítio como material anódico e utilizando eletrólito orgânico. Devido às suas vantagens de elevada densidade energética, elevada capacidade específica, elevada taxa de auto-descarga e longo ciclo de vida, tem sido amplamente utilizada no domínio dos novos veículos de energia, por exemplo, em bicicletas eléctricas.

A vantagem das baterias de lítio é a alta densidade de energia, o mesmo volume da caixa, pode armazenar o dobro da quantidade de eletricidade do que as baterias de chumbo-ácido; mas as desvantagens das baterias de lítio também são muito óbvias, não pode suportar uma temperatura muito alta. Quando a temperatura excede 50 ℃, ele explodirá; quando a temperatura excede 80 ℃, ocorrerá combustão espontânea. Além disso, as baterias de lítio são menos eficientes no carregamento e descarregamento a baixas temperaturas, pelo que os novos veículos de energia utilizados em ambientes de baixa temperatura têm de ser equipados com equipamento de carregamento especial.

Atualmente, as principais baterias de lítio utilizadas no domínio dos veículos eléctricos incluem principalmente baterias ternárias de lítio, baterias de manganato de lítio, etc. Entre elas, as baterias ternárias de lítio têm vantagens em termos de densidade energética e ciclo de vida. Entre elas, a bateria ternária de iões de lítio tem vantagens em termos de densidade de energia e ciclo de vida, sendo atualmente o tipo de bateria mais maduro e amplamente utilizado. No entanto, devido ao elevado preço das suas matérias-primas, o custo aumenta em conformidade, o que limita o seu desenvolvimento até certo ponto.

pilha de sódio

As baterias de iões de sódio, um novo tipo de tecnologia de armazenamento de energia, têm custos de matéria-prima mais baixos, melhor segurança e maior densidade energética do que as baterias de lítio. O princípio de funcionamento das baterias de iões de sódio é semelhante ao das baterias de iões de lítio, mas a diferença reside no facto de as baterias de iões de sódio utilizarem um material anódico mais estável - o azul da Prússia, que é também o material anódico e catódico mais promissor atualmente.

O azul da Prússia é utilizado principalmente no domínio da bateria de lítio e a bateria de iões de sódio é utilizada principalmente no domínio do armazenamento de energia. As suas vantagens residem no baixo custo e na elevada densidade energética, bem como na boa segurança e no longo ciclo de vida, que podem ser aplicados a produtos electrónicos portáteis, bicicletas eléctricas e outros campos. No entanto, em aplicações práticas, devido à baixa estabilidade do material anódico das baterias de iões de sódio, ocorrerá a separação dos materiais positivos e negativos, pelo que as baterias de iões de sódio no desempenho do multiplicador e no cicloA vida útil do anel ainda precisa de ser melhorada. Atualmente, as baterias de iões de sódio ainda se encontram na fase de desenvolvimento tecnológico e de testes, não tendo ainda entrado na fase de produção em massa.

bateria de estado sólido

A bateria de estado sólido é um novo tipo de bateria, em comparação com a bateria de lítio tradicional, tem as vantagens de alta densidade energética, alta segurança, longa vida útil e adaptabilidade a altas e baixas temperaturas.

A tecnologia das baterias de estado sólido está atualmente a avançar e, com a popularidade dos novos veículos de energia, as baterias de estado sólido darão também início a uma nova ronda de oportunidades de desenvolvimento. As baterias de estado sólido, como uma espécie de bateria de armazenamento de energia, podem melhorar a densidade de energia das baterias de iões de lítio e, ao mesmo tempo, prolongar a vida útil da bateria, sem riscos óbvios para a segurança. Além disso, as baterias de estado sólido podem também reduzir os custos de produção e as emissões de carbono.

Do ponto de vista do desenvolvimento, a tecnologia de baterias de iões de lítio de estado sólido é a tecnologia de armazenamento de energia com maior probabilidade de aplicação em grande escala nos próximos anos, mas enfrenta ainda alguns desafios no processo de desenvolvimento tecnológico.

Por um lado, o limiar tecnológico é mais elevado; por outro lado, o custo dos materiais é mais elevado.

De acordo com dados relevantes, existem atualmente mais de 70% empresas de investigação e desenvolvimento de tecnologia de baterias de iões de lítio de estado sólido no mundo que estão a realizar trabalhos de investigação e desenvolvimento relevantes. Acredita-se que, com os esforços contínuos dos investigadores, haverá mais tecnologia de armazenamento de energia num futuro próximo.

eletrólito de estado sólido

As baterias de estado sólido referem-se a baterias de iões de lítio com electrólitos de estado sólido, sendo o seu material principal o eletrólito sólido. Em comparação com as baterias de iões de lítio líquidas, as baterias de estado sólido têm as vantagens de uma elevada segurança, elevada densidade energética, elevada estabilidade, etc. No entanto, como o método de preparação do eletrólito de estado sólido ainda não está maduro, existem ainda muitos desafios para a sua aplicação prática.

Atualmente, existem várias dificuldades importantes com as baterias de estado sólido:

  Um deles é o elevado custo dos materiais utilizados no processo de preparação;

  Em segundo lugar, o processo de preparação é complexo, exigindo um processamento especial dos materiais dos eléctrodos e dos electrólitos, o que resulta em custos de produção mais elevados da bateria;

  Em terceiro lugar, o material do elétrodo tem de ser modificado na aplicação prática para evitar a sua reação com o eletrólito;

  Em quarto lugar, é necessário adicionar aditivos adicionais aos eléctrodos devido à diferença de densidade entre o eletrólito sólido e o eletrólito líquido;

  Em quinto lugar, os electrólitos sólidos podem reagir entre os eléctrodos e o eletrólito, o que pode levar a problemas como a redução do desempenho eletroquímico.

pilha de enxofre de sódio

As baterias de sódio, também conhecidas como "baterias de sódio de segunda geração", são um novo tipo de baterias secundárias. Em comparação com as baterias de iões de lítio, as vantagens das baterias de iões de sódio reflectem-se principalmente nos dois aspectos seguintes:

(1) Os iões de sódio têm elevadas densidades de energia mássica e volumétrica. Em comparação com as baterias de iões de lítio, a densidade de energia mássica por kg de sódio é de 250 Wh/kg e a densidade de energia volumétrica pode atingir mais de 400 Wh/L;

(2) O ião de sódio tem um potencial baixo e a sua capacidade específica pode teoricamente atingir 2140 mAh/g. Isto permite que as baterias de sódio substituam as baterias de lítio em muitas aplicações, tais como descarga de alta velocidade, carga/descarga de alta velocidade e ciclos de longa duração.

No entanto, devido aos recursos limitados e à distribuição desigual do sódio, a sua aplicação no domínio do armazenamento de energia é restrita. No entanto, com o progresso da ciência e da tecnologia e o desenvolvimento de novas tecnologias energéticas, acredita-se que as baterias de sódio-enxofre, um novo tipo de bateria secundária, serão mais amplamente utilizadas no domínio dos novos veículos energéticos.

pilha de iões de sódio

As baterias de iões de sódio (designadas por baterias de sódio) funcionam segundo um princípio semelhante ao das baterias de iões de lítio, mas o seu ambiente de funcionamento e a sua gama de temperaturas são mais próximos dos das baterias de iões de lítio. A bateria de iões de sódio é um novo tipo de bateria com um princípio semelhante ao da bateria de lítio. A diferença é que as baterias de iões de sódio utilizam o sódio como material catódico para armazenar e libertar iões de sódio, enquanto as baterias de iões de lítio utilizam o lítio como material catódico para armazenar e libertar iões de lítio. Além disso, as baterias de iões de sódio têm como vantagens o baixo custo, o bom desempenho a baixas temperaturas e a abundância de recursos.

Uma vez que os recursos de sódio estão amplamente distribuídos na crosta terrestre e são abundantes, as perspectivas de desenvolvimento futuro são melhores. No entanto, devido à natureza química ativa do sódio, é fácil ter reacções secundárias durante o processo de ciclo, o que resulta numa redução do ciclo de vida da bateria e na perda de capacidade, etc. Por conseguinte, o desenvolvimento de baterias de sódio ainda precisa de se concentrar na resolução dos problemas de estabilidade do material e do ciclo de vida. Atualmente, há muitas empresas que lançaram investigação sobre baterias de iões de sódio, como a Zhongkehai sodium, a Zhongke Haina, a Guoxuan Hi-Tech, etc. No entanto, devido ao elevado custo e à fraca segurança da eletricidade de sódio, ainda não existe uma aplicação comercial.

Perspectivas de desenvolvimento futuro

As baterias de lítio, as baterias de sódio e as baterias de estado sólido são tecnologias populares no domínio do armazenamento de energia atualmente. Entre elas, a bateria de sódio é um novo tipo de bateria secundária com vantagens de baixo preço, boa segurança e reservas abundantes. No futuro, com o desenvolvimento dos recursos de sódio, bem como o desenvolvimento de tecnologias conexas, as baterias de sódio registarão um rápido desenvolvimento.

As baterias de estado sólido são um novo tipo de bateria secundária, que pode alcançar um melhor desempenho do ciclo de carga/descarga, e pode alcançar bons resultados em termos de segurança e densidade energética. A atual tecnologia das baterias de estado sólido está a progredir de forma constante, e acredito que, com o progresso contínuo da tecnologia, será mais amplamente utilizada no futuro.