Uporaba in prednosti natrijevih ionskih baterij

Uvod

V hitro razvijajočem se svetu shranjevanja energije so natrijeve ionske baterije zelo priljubljene kot obetavna alternativa tradicionalnim litij-ionskim in svinčeno-kislinskim baterijam. Z najnovejšim napredkom v tehnologiji in naraščajočim povpraševanjem po trajnostnih rešitvah prinaša natrijeva ionska baterija edinstven nabor prednosti. Izstopajo z odlično zmogljivostjo pri ekstremnih temperaturah, impresivnimi hitrostnimi zmogljivostmi in visokimi varnostnimi standardi. Ta članek se poglobi v vznemirljivo uporabo natrijevih ionskih baterij in raziskuje, kako bi lahko zamenjali svinčeve baterije in delno nadomestili litij-ionske baterije v posebnih scenarijih – vse to pa ponuja stroškovno učinkovito rešitev.

Moč Kamadaje aKitajski proizvajalci natrijevih ionskih baterij, ponudbaProdam natrijevo ionsko baterijoin12V 100Ah natrijeva ionska baterija, 12V 200Ah natrijeva ionska baterija, podporaprilagojena nano baterijanapetost (12V, 24 V, 48 V), zmogljivost (50 Ah, 100 Ah, 200 Ah, 300 Ah), funkcija, videz in tako naprej.

1.1 Številne prednosti natrijevega ionskega akumulatorja

V primerjavi z litij-železovim fosfatom (LFP) in ternarnimi litijevimi baterijami natrijeva ionska baterija kaže mešanico prednosti in področij, ki jih je treba izboljšati. Ko te baterije prehajajo v množično proizvodnjo, se pričakuje, da bodo blestele s stroškovnimi ugodnostmi zaradi surovin, vrhunskega ohranjanja zmogljivosti pri ekstremnih temperaturah in izjemne zmogljivosti. Vendar imajo trenutno nižjo energijsko gostoto in krajšo življenjsko dobo, kar sta področji, ki ju je treba še izboljšati. Kljub tem izzivom so natrijeve ionske baterije v vseh pogledih prehitele svinčeve baterije in so pripravljene, da jih nadomestijo, ko se proizvodnja povečuje in stroški padajo.

Primerjava zmogljivosti natrijevih, litij-ionskih in svinčenih baterij

1.1.1 Vrhunsko ohranjanje zmogljivosti natrijevega ionskega akumulatorja pri ekstremnih temperaturah

Natrijeva ionska baterija je prvakinja pri prenašanju ekstremnih temperatur, saj učinkovito deluje med -40 °C in 80 °C. Pri visokih temperaturah (55 °C in 80 °C) se izpraznijo z več kot 100 % svoje nazivne zmogljivosti, pri -40 °C pa še vedno ohranijo več kot 70 % svoje nazivne zmogljivosti. Podpirajo tudi polnjenje pri -20°C s skoraj 100-odstotno učinkovitostjo.

Kar zadeva zmogljivost pri nizkih temperaturah, natrijeva ionska baterija prekaša LFP in svinčeno-kislinske baterije. Pri -20 °C natrijeva ionska baterija ohrani približno 90 % svoje zmogljivosti, medtem ko LFP baterije padejo na 70 %, svinčeve baterije pa le na 48 %.

Krivulje praznjenja natrijevih ionskih baterij (levo) LFP baterij (na sredini) in svinčenih baterij (desno) pri različnih temperaturah

1.1.2 Izjemna zmogljivost natrijevega ionskega akumulatorja

Natrijevi ioni se zaradi manjšega Stokesovega premera in nižje energije solvatacije v polarnih topilih ponašajo z večjo prevodnostjo elektrolitov v primerjavi z litijevimi ioni. Stokesov premer je merilo velikosti krogle v tekočini, ki se usede z enako hitrostjo kot delec; manjši premer omogoča hitrejše gibanje ionov. Nižja solvatacijska energija pomeni, da lahko natrijevi ioni lažje odvajajo molekule topila na površino elektrode, kar poveča difuzijo ionov in pospeši ionsko kinetiko v elektrolitu.

Primerjava velikosti solvatiranih ionov in solvatacijskih energij (KJ/mol) natrija in litija v različnih topilih

Ta visoka elektrolitska prevodnost ima za posledico impresivno hitrost. Natrijeva ionska baterija se lahko napolni do 90 % v samo 12 minutah – hitreje kot litij-ionske in svinčeno-kislinske baterije.

Primerjava zmogljivosti hitrega polnjenja

1.1.3 Vrhunska varnostna zmogljivost natrijevega ionskega akumulatorja v ekstremnih pogojih

Litij-ionske baterije so lahko nagnjene k toplotnemu pobegu v različnih neugodnih pogojih, kot so mehanske (npr. zmečkanine, prebadanje), električne (npr. kratki stiki, prekomerno polnjenje, prekomerno praznjenje) in toplotne (npr. pregrevanje) . Če notranja temperatura doseže kritično točko, lahko sproži nevarne stranske reakcije in povzroči prekomerno toploto, kar povzroči toplotni beg.

Po drugi strani pa natrijevo-ionska baterija pri varnostnih testih ni pokazala enakih težav s toplotnim uhajanjem. Prestali so ocene za prekomerno polnjenje/praznjenje, zunanje kratke stike, staranje pri visoki temperaturi in preskuse zlorabe, kot so zmečkanine, prebadanje in izpostavljenost ognju, brez tveganj, povezanih z litij-ionskimi baterijami.

2.2 Stroškovno učinkovite rešitve za različne aplikacije, širitev tržnega potenciala

Natrijeva ionska baterija blesti v smislu stroškovne učinkovitosti v različnih aplikacijah. Prekašajo svinčeno-kislinske baterije na več področjih, zaradi česar so privlačna zamenjava na trgih, kot so dvokolesni majhni električni sistemi, avtomobilski sistemi start-stop in telekomunikacijske bazne postaje. Z izboljšavami v zmogljivosti cikla in znižanjem stroškov z množično proizvodnjo bi lahko natrijeva ionska baterija tudi delno nadomestila baterije LFP v električnih vozilih razreda A00 in scenarijih shranjevanja energije.

Uporaba natrijevih ionskih baterij

• Dvokolesni mali pogonski sistemi:Natrijeva ionska baterija ponuja boljše stroške življenjskega cikla in energijsko gostoto v primerjavi s svinčeno-kislinskimi baterijami.
• Avtomobilski sistemi Start-Stop:Njihova odlična zmogljivost pri visokih in nizkih temperaturah, skupaj z vrhunsko življenjsko dobo, se dobro ujemajo z zahtevami glede start-stop avtomobilov.
• Telekomunikacijske bazne postaje:Zaradi visoke varnosti in tolerance na prekomerno izpraznitev je natrijeva ionska baterija idealna za vzdrževanje moči med izpadi.
• Shranjevanje energije:Natrijeva ionska baterija je zaradi visoke varnosti, odlične temperaturne zmogljivosti in dolge življenjske dobe zelo primerna za shranjevanje energije.
• Električna vozila razreda A00:Zagotavljajo stroškovno učinkovito in stabilno rešitev, ki izpolnjuje potrebe po energijski gostoti teh vozil.

2.2.1 Električna vozila razreda A00: obravnavanje vprašanja nihanj cen LFP zaradi stroškov surovin

Električna vozila razreda A00, znana tudi kot mikroavtomobili, so zasnovana tako, da so stroškovno učinkovita s kompaktnimi velikostmi, zaradi česar so popolna za navigacijo v prometu in iskanje parkirišč v območjih z veliko ljudi.

Pri teh vozilih so stroški baterije pomemben dejavnik. Večina avtomobilov razreda A00 ima ceno med 30.000 in 80.000 CNY, kar je namenjeno cenovno občutljivemu trgu. Glede na to, da baterije predstavljajo znaten del stroškov vozila, so stabilne cene baterij ključnega pomena za prodajo.

Ti mikroavtomobili imajo običajno doseg pod 250 km, le majhen odstotek jih ponuja do 400 km. Tako visoka gostota energije ni glavna skrb.

Natrijeva ionska baterija ima stabilne stroške surovin, zanaša se na natrijev karbonat, ki ga je v izobilju in manj podvržen nihanju cen v primerjavi z baterijami LFP. Njihova gostota energije je konkurenčna vozilom razreda A00, zaradi česar so stroškovno učinkovita izbira.

2.2.2 Trg svinčeno-kislinskih baterij: Natrijeva ionska baterija je povsod boljša, pripravljena na zamenjavo

Svinčeno-kislinske baterije se uporabljajo predvsem v treh aplikacijah: dvokolesni majhni električni sistemi, avtomobilski sistemi start-stop in rezervne baterije telekomunikacijskih baznih postaj.

• Dvokolesni mali pogonski sistemi: Natrijeva ionska baterija ponuja vrhunsko zmogljivost, daljšo življenjsko dobo in večjo varnost v primerjavi s svinčenimi baterijami.

• Avtomobilski sistemi Start-Stop: Zaradi visoke varnosti in hitrega polnjenja je natrijeva ionska baterija idealna zamenjava za svinčeno-kislinske baterije v sistemih start-stop.
• Telekomunikacijske bazne postaje: Natrijeva ionska baterija zagotavlja boljšo zmogljivost v smislu vzdržljivosti pri visokih in nizkih temperaturah, stroškovne učinkovitosti in dolgoročne varnosti v primerjavi s svinčevimi baterijami.

Natrijeva ionska baterija v vseh pogledih prekaša svinčeve baterije. Sposobnost učinkovitega delovanja pri ekstremnih temperaturah, skupaj z večjo energijsko gostoto in cenovnimi prednostmi, postavlja natrijevo-ionsko baterijo kot primerno zamenjavo za svinčeno-kislinske baterije. Pričakuje se, da bo natrijeva ionska baterija prevladovala, ko bo tehnologija dozorela in se bo povečala stroškovna učinkovitost.

Zaključek

Ker se iskanje inovativnih rešitev za shranjevanje energije nadaljuje,Natrijeva ionska baterijaizstopajo kot vsestranska in stroškovno učinkovita možnost. Njihova zmožnost dobrega delovanja v širokem temperaturnem območju, v kombinaciji z impresivnimi hitrostnimi zmogljivostmi in izboljšanimi varnostnimi funkcijami, jih uvršča med močne tekmece na trgu baterij. Ne glede na to, ali napaja električna vozila razreda A00, nadomešča svinčeve baterije v majhnih energetskih sistemih ali podpira telekomunikacijske bazne postaje, natrijeva ionska baterija ponuja praktično in v prihodnost usmerjeno rešitev. S stalnim napredkom in potencialnim zniževanjem stroškov z množično proizvodnjo bo tehnologija natrijevih ionov igrala ključno vlogo pri oblikovanju prihodnosti shranjevanja energije