Qu'est-ce qu'une batterie sodium-ion?

Une batterie sodium-ion est une batterie rechargeable composée d'une électrode positive, une électrode négative, un électrolyte, un fluide collecteur et une membrane. Il utilise des ions de sodium (Na+) comme porteur de charge au lieu des ions lithium conventionnels (Li+) et fonctionne principalement en déplaçant les ions sodium entre les électrodes positives et négatives. Il fonctionne de manière très similaire aux batteries lithium-ion, même la structure interne de la batterie est fondamentalement la même, ils ont deux électrodes (un positif et un négatif) séparés par un électrolyte. Pendant la charge, les ions sodium se déplacent de l'électrode positive à travers l'électrolyte jusqu'à l'électrode négative et y sont stockés. Pendant le processus de décharge, les ions sodium retournent vers l'électrode positive et génèrent du courant. Autrement dit, l'ion sodium est remplacé par l'ion lithium. Les batteries sodium-ion sont intéressantes car elles utilisent des ressources en sodium abondantes et peu coûteuses, alors que le lithium est un métal relativement rare et cher.

L'un des défis des batteries aux ions sodium est que les ions sodium sont plus gros que les ions lithium, ce qui signifie que les matériaux utilisés dans les batteries doivent pouvoir accueillir la plus grande taille d'ions sodium. Cela nécessite de trouver des électrodes et des électrolytes appropriés. Les recherches pour développer de nouveaux matériaux et optimiser les performances des batteries sodium-ion se poursuivent.

1.Comment fonctionnent les batteries sodium-ion?

Les batteries sodium-ion fonctionnent en utilisant le mouvement des ions sodium entre deux électrodes, une électrode positive (cathode) et une électrode négative (anode), à travers un électrolyte.

Pendant la charge, la batterie est connectée à une source d'alimentation, et le mouvement des électrons dans le circuit externe fait migrer les ions sodium de la cathode vers l'anode. En même temps, les électrons sont transférés de la cathode à l'anode via le circuit externe. Le matériau d'anode est généralement constitué d'un matériau qui peut s'intercaler (c'est à dire., insérer et retirer) ions de sodium, comme le graphite, tandis que le matériau de la cathode est généralement un oxyde métallique, tel que l'oxyde de sodium et de cobalt (NaCoO2).

Pendant la décharge, la batterie est débranchée de la source d'alimentation, et les ions sodium retournent à la cathode à travers l'électrolyte, créant un flux d'électrons dans le circuit externe. La quantité d'énergie qui peut être stockée et libérée dépend des matériaux utilisés dans la batterie, la taille et la surface des électrodes, et d'autres facteurs.

2.Avantages et inconvénients de la batterie aux ions de sodium

Les batteries sodium-ion présentent plusieurs avantages et inconvénients par rapport aux autres types de batteries rechargeables, comme les batteries lithium-ion. Voici quelques-uns des principaux avantages et inconvénients des batteries sodium-ion:

Avantages:

un. Abondant et pas cher. Le sodium est plus abondant et moins cher que le lithium, qui a le potentiel de rendre les batteries sodium-ion plus rentables.

b. Faible risque. Comparé à d'autres chimies de batterie, les batteries sodium-ion présentent un risque moindre d'emballement thermique, ce qui peut les rendre plus sûrs à utiliser.

c. Impact environnemental. Les batteries aux ions sodium ont un impact environnemental plus faible que certaines autres batteries chimiques car le sodium est plus abondant et moins toxique que certains autres métaux.

d. Vitesse de charge très rapide, on dit qu'à température ambiante juste 15 minutes de charge, la puissance peut atteindre 80%.

e. La plage de température de fonctionnement des batteries au sodium est également très grande, et ils peuvent avoir un taux de rétention de décharge de plus de 90% dans un environnement à basse température de -20℃.

Désavantages：

un. Faible densité d'énergie. Le plus gros défaut des batteries au sodium est la faible densité d'énergie, certaines données montrent que la densité d'énergie du monomère de batterie aux ions de sodium est de 100 à 150 wh/kg, moins que la limite inférieure de 180wh/kg dans les normes d'exigences de l'industrie chinoise, ce qui signifie que la même autonomie de deux batteries, les batteries au sodium sont plus grosses et plus lourdes que les batteries au lithium.

Modèle Tesla 3 utilise actuellement une densité d'énergie de batterie au lithium ternaire de 260Wh/kg, La troisième génération de Tesla 4680 la densité d'énergie de la batterie peut atteindre 330Wh/kg. la densité d'énergie de la batterie aux ions de sodium est même inférieure à la moitié, densité d'énergie, déterminer le même poids, le même volume, dont la batterie peut durer plus longtemps. Comment améliorer la densité énergétique des batteries sodium-ion, qui est un problème majeur devant de nombreuses entreprises. Si le problème de densité d'énergie ne peut pas avoir un progrès décisif, au moins à l'avenir pendant une longue période, il n'est pas possible de remplacer complètement la batterie au lithium.

b. Taille et poids plus grands. Parce que les ions sodium sont plus gros que les ions lithium, cela signifie que les matériaux utilisés dans les batteries doivent être capables d'accueillir de plus grandes tailles d'ions sodium, et les batteries aux ions sodium peuvent nécessiter des électrodes et des électrolytes plus gros, ce qui peut les rendre plus grandes et plus lourdes que les batteries lithium-ion.

Il existe trois types de matériaux de cathode disponibles pour les batteries sodium-ion, couche d'oxyde, matériaux de type polyanion et bleu de Prusse. Mais il a un prix plus élevé, La batterie au sodium de première génération de Ningde Time utilise des matériaux de type bleu de Prusse, qui sont à bas prix, simple à synthétiser, hautement concevable, et ont une capacité théorique élevée en grammes et des performances multiplicatrices, mais ont les inconvénients d'une évacuation difficile de l'eau, faible cycle de vie, mauvaise performance réelle du multiplicateur, faible densité d'énergie apparente, grande polarisation de tension, et risque d'emballement thermique.

Le problème le plus fatal est le processus de production et de transformation, s'il n'est pas manipulé correctement, il est extrêmement facile de former de l'eau cristalline, et ce problème est actuellement difficile à résoudre. On dit que Ningde Times a suspendu le développement de batteries sodium-ion avec des matériaux de type bleu de Prusse, et essaie maintenant d'atteindre la production de masse avec des couches d'oxyde et des matériaux polyanioniques. La structure cristalline d'oxyde de couche est similaire au matériau de cathode ternaire, dont les avantages sont une densité d'énergie élevée, excellentes performances cyclistes, bonne performance multiplicatrice, les inconvénients sont une mauvaise stabilité dans l'air, la bouillie est facile à gélifier, capacité en grammes jouer instable. Matériaux polyanioniques, d'autre part, sont reconnus pour leur cycle de vie élevé, tension de fonctionnement théorique élevée, et bonne stabilité thermique, avec les inconvénients d'une faible densité d'énergie et d'un coût élevé des matières premières.

c. Performances et stabilité. Les batteries aux ions sodium en sont encore aux premiers stades de développement, et leurs performances et leur stabilité peuvent ne pas être aussi bien comprises que d'autres chimies de batterie, comme les batteries lithium-ion. Le véritable coût du suivi et ce que sera l'expérience dans le monde réel sont également inconnus. Quoi de plus, bien que le carbonate de lithium soit actuellement très cher, son marché fluctue, et une fois que nous verrons une percée dans les batteries sodium-ion, c'est forcément une réduction de prix significative et les batteries au sodium perdront tout avantage.

En général, les batteries sodium-ion sont une direction de la recherche et du développement, mais des recherches et développements supplémentaires sont nécessaires pour améliorer leurs performances et répondre à leurs limites. Les batteries au lithium ternaire et les batteries au lithium fer phosphate resteront certainement les batteries grand public absolues pendant longtemps.

3.Batteries aux ions de sodium vs. batteries lithium-ion

Les batteries sodium-ion et les batteries lithium-ion sont les deux types de batteries rechargeables, mais ils ont des différences essentielles dans leur chimie et leurs performances. Voici quelques-unes des principales différences entre les batteries sodium-ion et les batteries lithium-ion:

un. Matériaux: Les batteries sodium-ion utilisent des ions sodium comme porteurs de charge, tandis que les batteries lithium-ion utilisent des ions lithium. Le sodium est plus abondant et moins cher que le lithium, ce qui pourrait potentiellement rendre les batteries sodium-ion plus rentables.

b. Densité d'énergie: Les batteries lithium-ion ont généralement une densité d'énergie plus élevée que les batteries sodium-ion, ce qui signifie qu'ils peuvent stocker plus d'énergie dans un volume ou un poids donné. Cela rend les batteries lithium-ion mieux adaptées aux appareils portables où la taille et le poids sont importants.

c. Performance: Les batteries lithium-ion ont fait l'objet de recherches et de développements approfondis, et ils ont généralement de meilleures performances et stabilité que les batteries sodium-ion. Les batteries sodium-ion en sont encore aux premiers stades de développement, et leurs performances et leur stabilité ne sont pas encore bien comprises.

d. Sécurité: Les batteries sodium-ion ont un risque plus faible d'emballement thermique par rapport à certaines batteries lithium-ion, ce qui peut les rendre plus sûrs à utiliser.

e. Impact environnemental: Les batteries sodium-ion ont un impact environnemental moindre que certaines batteries lithium-ion car le sodium est plus abondant et moins toxique que le lithium.

F. Cycle de vie. La durée de vie actuelle des batteries sodium-ion est bien inférieure à celle des batteries lithium-ion, ce qui augmentera certainement le nombre de maintenance et de remplacement des batteries sodium-ion en cours d'utilisation. Les batteries au sodium se situent généralement entre 1000-3000 fois. En revanche, la durée de vie des batteries au lithium fer phosphate est comprise entre 3000-10000 fois.

En général, par rapport à l'industrie est des batteries au lithium plus matures, L'industrie des batteries au sodium est loin de la formation d'une production de masse à grande échelle, il existe actuellement une chaîne industrielle n'est pas un goulot d'étranglement sonore, résultant dans les batteries aux ions sodium actuelles que les prix du phosphate de fer au lithium sont également élevés.

Les initiés de l'industrie l'ont dit: “Qu'il s'agisse de stockage d'énergie ou d'autres domaines, les batteries aux ions de sodium à ce stade sont difficiles à remplacer complètement les batteries au lithium, car les domaines d'application entre les deux sont complémentaires, le marché actuel au positionnement des batteries sodium-ion est une alternative potentielle aux batteries lithium-ion, est un complément aux batteries au lithium, plutôt qu'un remplaçant.

Luoyang Tianhuan Energy Technology Co., LTD

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