Pin natri sẽ thay thế pin lithium?

CATL đã tiết lộ tại cuộc họp thường niên rằng CATL sẽ phát hành pin natri vào khoảng tháng 7 năm nay. Sau khi tin tức được công bố, nó đã gây ra những cuộc thảo luận sôi nổi trên Internet. Một mặt, thời đại Ningde luôn có một vị trí then chốt trong lĩnh vực pin. Giờ đây, nhiều loại xe điện trên thị trường được trang bị pin thời Ningde; mặt khác, chúng giống như pin lithium-ion. Ngược lại, pin ion natri phù hợp hơn với vai trò là thiết bị lưu trữ năng lượng quy mô lớn.

Pin natri-ion là một loại pin thứ cấp (pin sạc), chủ yếu dựa vào sự chuyển động của các ion natri giữa các điện cực dương và điện cực âm để hoạt động, tương tự như nguyên lý hoạt động của pin lithium-ion. Trong quá trình sạc và xả, Na+ xen kẽ và khử xen kẽ qua lại giữa hai điện cực: trong quá trình sạc, Na+ khử xen kẽ từ điện cực dương và đưa vào điện cực âm thông qua chất điện phân; điều ngược lại là đúng trong quá trình xả.

Kể từ khi John BGoodenough phát minh ra pin lithium cách đây 40 năm, pin lithium ngày càng trở nên quan trọng hơn và nó đã trở thành thiết bị tiêu chuẩn cho điện thoại thông minh và ô tô điện. Nhiều công ty ngôi sao liên quan đến lithium cũng đã nổi lên ở Trung Quốc, chẳng hạn như pin lithium kỷ nguyên Ningde và Ganfeng Lithium, công ty cung cấp tài nguyên khoáng sản lithium.


Tuy nhiên, nguồn lithium rất khan hiếm trên trái đất. Trong tương lai, nguồn tài nguyên lithium cũng đang phải đối mặt với nguy cơ cạn kiệt tương tự như nguồn tài nguyên dầu mỏ.

Hơn nữa, quá trình chiết xuất lithium cũng tương đối phức tạp. Chiết xuất lithium từ hồ muối đòi hỏi các công nghệ như chiết xuất hoặc tách màng điện phân, rất cồng kềnh và tốn kém.


Từ sự xuất hiện của công nghệ pin lithium coban oxide vào năm 1980, đến sự xuất hiện của công nghệ lithium mangan oxit vào năm 1982, đến việc Sony giới thiệu pin lithium thương mại đầu tiên vào năm 1991 và giới thiệu công nghệ lithium iron phosphate vào năm 1997, đã có không có pin lithium mới trong 20 năm tới. Với sự ra đời của công nghệ, bản thân pin lithium đã bắt đầu đối mặt với những giới hạn của sự phát triển, đặc biệt là khi việc tăng tuổi thọ và mật độ năng lượng của chúng ngày càng khó khăn hơn, do đó nhu cầu tìm kiếm các công nghệ thay thế mới là điều đương nhiên.

Có sản phẩm thay thế cho pin lithium không?

Có lẽ đó là pin natri ion.

Tại sao pin natri ion có thể thay thế pin lithium?

Natri là nguyên tố kim loại nhẹ thứ hai trên trái đất sau liti. Từ bảng tuần hoàn, natri và liti thuộc cùng một nhóm nguyên tố và tính chất hóa học của chúng tương tự nhau. Vì vậy, về lý thuyết, natri cũng có thể được sử dụng như lithium. ắc quy. Tất nhiên, bán kính nguyên tử của natri lớn hơn nhiều so với lithium, bởi vì nguyên tử natri có 8 electron nhiều hơn so với nguyên tử lithium, vì vậy chúng tự nhiên phát triển. Một khi bạn tăng cân, sẽ có rất nhiều rắc rối. Ví dụ, nó không thể được nhúng vào than chì như lithium, và nó nặng hơn nhiều so với lithium, do đó khả năng lưu trữ năng lượng trên một đơn vị khối lượng của pin ít hơn so với lithium.

Tuy nhiên, natri có một ưu điểm - hàm lượng natri trên trái đất rất cao và hàm lượng của nó trên trái đất gấp hàng nghìn lần so với liti. Có rất nhiều natri trong muối chúng ta ăn, và cũng có rất nhiều natri trong nước biển. Do hàm lượng phong phú của nó, natri rẻ hơn nhiều so với lithium. Trên thị trường, giá lithium cacbonat làm nguyên liệu thô lithium có giá hàng chục nghìn nhân dân tệ mỗi tấn; và giá natri clorua làm nguyên liệu natri chỉ vài nghìn nhân dân tệ mỗi tấn. Do đó, với tư cách là một loại pin, một ưu điểm nổi bật của pin natri so với pin lithium là giá rẻ, đây là một lợi thế rất cốt lõi cho công nghiệp hóa. Bởi vì ngành công nghiệp quan tâm nhất đến chi phí.

Tất nhiên, lợi thế chi phí không có nghĩa là lợi thế kỹ thuật. Điều quan trọng phụ thuộc vào việc liệu natri có thực sự được sử dụng làm pin hay không. Vật liệu điện cực dương, vật liệu điện cực âm và chất điện phân của pin là ba thành phần cơ bản, không có thành phần nào gây khó khăn cơ bản cho pin natri. Vì vậy, pin natri có thể tồn tại. Lấy vật liệu điện cực âm của pin natri ion làm ví dụ, có nhiều loại vật liệu có thể được sử dụng làm điện cực âm và được nghiên cứu nhiều nhất chủ yếu là vật liệu carbon cứng. Mặc dù cơ chế lưu trữ natri của carbon cứng vẫn chưa được hoàn thiện và hiệu suất của điện cực âm của pin do những người khác nhau chế tạo là khá khác nhau, nhưng đây chỉ là vấn đề về quy trình và một ngày nào đó nó sẽ được tiêu chuẩn hóa.

Trên thực tế, nguyên lý hoạt động của pin natri-ion không khác nhiều so với pin lithium-ion. Nó sử dụng quá trình chèn và loại bỏ các ion natri giữa các điện cực dương và âm để đạt được điện tích và phóng điện. Khi sạc, các ion natri được chiết xuất từ ​​​​điện cực dương và đưa vào điện cực âm thông qua chất điện phân, đồng thời, điện tích bù điện tử được cung cấp cho điện cực âm thông qua một mạch bên ngoài để đảm bảo cân bằng dương và âm. điện cực. Khi xả thì ngược lại. Các ion natri được chiết xuất từ ​​​​điện cực âm và đưa vào điện cực dương thông qua chất điện phân. Trong điều kiện sạc và xả bình thường, việc chèn và chiết các ion natri giữa các điện cực dương và âm không được phá hủy cấu trúc hóa học cơ bản của vật liệu điện cực (tất nhiên, nó có thể tạo ra hiệu ứng bộ nhớ nhất định trong điều kiện thực tế và cũng có thể gây ra sự lão hóa của vật liệu điện cực).

Vì vậy, làm pin natri ion có lợi thế kỹ thuật? Một số người cho rằng về nguyên tắc, thời gian sạc của pin natri-ion có thể rút ngắn xuống còn 1/5 so với pin lithium-ion - mặc dù dữ liệu công khai hiện tại trong lĩnh vực này không đủ nên họ chỉ có thể nói rằng điều này là một lợi thế tiềm năng. Cũng có tài liệu liên quan cho rằng tuổi thọ của pin natri-ion là hơn 10 năm, trong khi tuổi thọ của pin lithium-ion thường chỉ từ 3-4 năm. Tuy nhiên, điều này là nghi ngờ. Theo nghiên cứu của Silicon Valley Power, vấn đề chính của pin natri-ion là vòng đời. Không cao, vì vậy đây là một điểm gây tranh cãi.

Xe điện tốc độ thấp đầu tiên chạy bằng pin natri-ion đã ra mắt

Kết luận hiện tại là pin natri-ion có lợi thế về chi phí thấp, trong khi các lợi thế kỹ thuật khác không rõ ràng. Vậy tình hình nghiên cứu và phát triển trong lĩnh vực này hiện nay như thế nào?

Hiện tại, mật độ năng lượng của pin natri ion chỉ có thể đạt tới 120 Wh/kg. Do đó, trong chỉ số kỹ thuật về mật độ năng lượng, pin natri ion không thể so sánh với pin lithium ion, vì mật độ năng lượng của pin lithium là hơn 300 watt-giờ/kg.

Từ góc độ mật độ năng lượng, pin natri ion hiện tại chỉ có thể đạt được ít hơn một nửa so với pin lithium, vì vậy pin natri ion chỉ có thể được sử dụng trong xe điện tốc độ thấp, thuyền điện, lưu trữ năng lượng gia đình và các lĩnh vực khác yêu cầu mật độ năng lượng thấp hơn . Hiện tại, không thể sử dụng pin natri để chế tạo xe điện tốc độ cao. Sẽ thích hợp hơn nếu sử dụng pin natri cho xe đạp điện. Ví dụ, bộ pin natri-ion do một công ty con của China Great Wall phát triển đã hiện thực hóa các ứng dụng trình diễn trên xe đạp điện.

Pin natri là một ngành công nghiệp mới nổi, nó có thể cần nhiều nghiên cứu và phát triển hơn để nở hoa hồng theo thời gian. Quá trình công nghiệp hóa pin natri đang tăng tốc.

Ngoài những nỗ lực của cộng đồng doanh nghiệp, cũng có nhiều nhóm nghiên cứu trong cộng đồng học thuật đang nghiên cứu và phát triển pin natri. Ví dụ, Giáo sư Xia Hui của Đại học Khoa học và Công nghệ Nam Kinh đã đạt được tiến bộ trong nghiên cứu vật liệu catốt dựa trên mangan cho pin natri và các kết quả liên quan đã được công bố trên tạp chí Nature Communications. Nhóm nghiên cứu của Giáo sư Xia Hui phát hiện ra rằng dung lượng riêng của điện cực pin natri làm bằng vật liệu điện cực dương này đạt 211,9 mAh/g, trong khi dung lượng riêng của vật liệu cực âm pin lithium hiện tại trên thị trường là khoảng 140 mAh/g. Tuy nhiên, theo ý kiến ​​​​của Silicon Valley Powermaster, nghiên cứu về pin natri ion của trường chủ yếu là để tạo ra sự hoán vị và kết hợp của các chất điện phân gốc nước, chất điện phân hữu cơ và chất điện phân rắn, cũng như các vật liệu tích cực và tiêu cực khác nhau tương ứng. Những hoán vị và kết hợp này luôn có thể được so sánh. Năng lực cụ thể cao, nhưng đối với ngành, vấn đề cốt lõi không phải là vấn đề năng lực cụ thể. Vấn đề cốt lõi là vòng đời của pin—nghĩa là pin có thể được sử dụng trong bao lâu và có thể sạc và xả bao nhiêu lần. Đó là những gì ngành công nghiệp quan tâm nhất.

Do đó, từ góc độ của tình hình công nghiệp, công nghiệp hóa pin natri hiện tại vẫn còn ở giai đoạn sơ khai và nhiều kết quả nghiên cứu chỉ được lưu hành trong các trường đại học và viện nghiên cứu. Sẽ mất một thời gian trước khi chúng thực sự được triển khai. Một số nhà nghiên cứu thậm chí còn nói rằng trên trái đất trước khi nguồn dự trữ lithium được sử dụng hết, pin natri-ion hoàn toàn không có cơ hội. Tuy nhiên, theo ý kiến ​​của Silicon Valley Powermaster, pin natri cũng có thể giống như công nghệ trí tuệ nhân tạo. Lúc đầu, họ có thể không lạc quan và chỉ có thể được lưu hành trong trường học, nhưng có lẽ một ngày nào đó sẽ có một sự thay đổi đột ngột và nhanh chóng hạ cánh trong ngành. Điều này rất có thể xảy ra, vì vậy pin natri thực sự rất đáng được các doanh nhân và nhà đầu tư có tư duy tiến bộ quan tâm.

Pin natri ion là một trong những hướng phát triển quan trọng của pin lưu trữ năng lượng trong tương lai. Với sự tiến bộ không ngừng của công nghệ R&D natri-ion, quá trình thương mại hóa pin natri-ion sẽ tiếp tục tăng tốc và có lẽ bố cục tiên tiến của lĩnh vực này dự kiến ​​sẽ dẫn đầu trong lĩnh vực pin năng lượng mới. Tất nhiên, có vẻ như còn quá sớm để nói rằng pin natri-ion sẽ thay thế pin lithium.

Trong tương lai, JUNLEE Energy, công ty đã cam kết nghiên cứu và phát triển pin, là một thách thức và một cơ hội. Đội ngũ kỹ sư R&D sẽ cung cấp cho thế giới loại pin năng lượng mới tiết kiệm hơn và sẽ cải tiến công nghệ pin lithium-ion để giảm tổng chi phí.

Tập đoàn JUNLEE là một nhà máy năng lượng tích hợp đầy đủ năng lượng, chuyên cung cấp Bộ lưu điện liên tục (UPS), Ắc quy axit-chì, Bộ ắc quy, Ắc quy xe điện, Ắc quy lưu trữ năng lượng, Nhà máy lưu trữ năng lượng, ắc quy Power pack Gel, Biến tần PV và Hệ thống năng lượng mặt trời.

Năng lực sản xuất đạt 200000 KVAH mỗi tháng. Sản phẩm áp dụng cho Xe điện, di động điện, hệ thống lưu trữ năng lượng mặt trời và gió, UPS, điện dự phòng, viễn thông, thiết bị y tế và chiếu sáng.

JUNLEE thành lập "Trung tâm nghiên cứu năng lượng" với nhiều sản phẩm Công nghệ cao hơn. Hơn 100 kỹ sư đã cung cấp các giải pháp một cửa kịp thời và hiệu quả.

Sứ mệnh của họ là phấn đấu mang lại nguồn năng lượng xanh cho thế giới.

Để tìm hiểu thêm về pin Li-ion, vui lòng tham khảo https://www.junleepower.com/