La atracción de Na

El ion de sodio es otra herramienta en el kit de los químicos para enfrentar la crisis climática

BOSTON, 31 de mayo de 2023 /PRNewswire/ -- El ion-na es probablemente la química de batería de ion-metal más destacada fuera del ion-litio, y funciona a través de la misma 'mecedora' (donde el ion-alcalino se transporta desde un no metal). ánodo a cátodo durante la descarga y viceversa durante la carga) principio de intercalación catiónica reversible, en un electrodo positivo y negativo. Los materiales también pueden ser similares a los iones de litio, con óxidos metálicos a menudo utilizados como cátodo y materiales a base de carbono como ánodo. Sin embargo, el carbono no puede estar en forma de grafito ya que el tamaño de Na+ es demasiado grande para la intercalación y, en realidad, las opciones de materiales pueden diferir significativamente en comparación con las químicas de iones de litio.

Enfoque de cátodo diversificado

Las tres familias principales de materiales catódicos son los óxidos metálicos en capas, los compuestos polianiónicos y los análogos de azul de Prusia (PBA). Los óxidos en capas de metales de transición tienen estructuras en capas bidimensionales que permiten la inserción reversible de sodio. La gran ventaja de estos compuestos radica en su bajo peso molecular, lo que se traduce en una alta capacidad específica teórica. Sin embargo, además de tener un potencial redox moderado, experimentan múltiples transiciones de fase durante la desinserción/inserción de iones de sodio, lo que da como resultado una inestabilidad estructural durante la carga/descarga, especialmente a altos voltajes, lo que lleva a una baja ciclabilidad.

Gracias a su alta estabilidad y rápida movilidad iónica dentro de su marco estructural, los materiales polianiónicos se estudian intensamente como materiales catódicos prometedores para baterías de iones de Na. Aunque estos materiales generalmente tienen menor capacidad que los óxidos en capas (típicamente debido a su mayor peso molecular) y baja conductividad electrónica, se consideran muy atractivos debido a su mayor voltaje y estabilidad estructural.

La tercera familia de interés son los análogos de azul de Prusia (PBA). Tienen una estructura 3D con grandes canales a través de los cuales los iones de sodio pueden difundirse rápidamente. Además, están formados por elementos abundantes, baratos y no tóxicos. La ventaja adicional de los PBA es la simplicidad de la síntesis: su principal desventaja es su baja densidad, lo que conduce a una densidad de energía volumétrica baja en comparación con los óxidos en capas.

Al igual que las baterías de iones de litio, cada familia de materiales de cátodo tiene sus ventajas y desventajas (por ejemplo, en términos de rendimiento electroquímico, sostenibilidad, costo, etc.). Teniendo en cuenta este escenario, no existe una única química ganadora. Es más probable que coexistan varios cátodos de Na para cumplir con los amplios requisitos resultantes del amplio mercado para diferentes aplicaciones. El informe de IDTechEx, "Baterías de iones de sodio 2023-2033: tecnología, jugadores, mercados y pronósticos", cubre los desarrollos industriales en el mercado de baterías de iones de sodio y proporciona un análisis de patentes en las químicas clave de los jugadores.

¿Son las baterías de iones de Na verdaderamente sostenibles?

Una de las propuestas de valor clave de la batería de iones de Na es que utiliza materiales sostenibles. El sodio está ampliamente disponible y se pueden evitar materiales problemáticos como el cobalto.

Si bien es menos probable que los materiales del cátodo utilicen cobalto, aún pueden utilizar materiales relativamente caros como el vanadio. En comparación con los iones de litio, los iones de sodio se pueden comercializar como más sostenibles debido al uso de sodio sobre el litio; esto sería una simplificación excesiva, dado que el litio constituye solo un pequeño porcentaje de una celda de iones de litio. Las celdas de iones de Na pueden utilizar y utilizan materiales de bajo costo en sus electrodos, pero esto también puede ser cierto para los iones de litio con LFP o cátodos a base de manganeso. La posibilidad de utilizar aluminio como colector de corriente negativa y positiva tiene el potencial de proporcionar ahorros de costes. La elección del material de los electrodos también es clave en este sentido, ya que se pueden utilizar tanto materiales caros como baratos.

Existe una oportunidad de una posible escasez de suministro de litio en el mediano plazo, dada la falta de inversión necesaria en la extracción de materia prima. Si bien hay suficientes recursos de litio para satisfacer la demanda prevista de iones de litio antes de contabilizar el reciclaje, la capacidad para extraer este litio no ha crecido al ritmo necesario, lo que ofrece una oportunidad para químicas alternativas (p. ej., iones de sodio) en el mediano y largo plazo. a largo plazo. El informe de IDTechEx sobre baterías de iones de Na pronostica el crecimiento de la demanda de baterías de iones de Na en aplicaciones como almacenamiento de energía estacionario y Micro EV.

Los productos químicos utilizados en las celdas comerciales de iones de sodio están optimizados para ciertas aplicaciones

Si bien la tecnología de iones de Na aún se encuentra en su fase inicial de investigación y desarrollo, compañías como Tiamat (que usa química polianiónica), Faradion (que usa química de óxido en capas) y Natron (que usa química PBA) han estado ofreciendo productos comerciales que dan impulso a Na -tecnología de iones en vehículos eléctricos híbridos, almacenamiento estacionario y energía de respaldo del centro de datos como aplicaciones de mercado, respectivamente. Al hacerlo, están demostrando las posibilidades de éxito y, más aún, destacando los sectores del mercado donde el Na-ion podría ser la tecnología ganadora. El informe de IDTechEx, "Baterías de iones de sodio 2023-2033: tecnología, jugadores, mercados y pronósticos", incluye los perfiles de sus empresas, junto con varios otros fabricantes de baterías que buscan el ion de sodio como una opción.

Para obtener más información sobre este informe de IDTechEx, incluidas las páginas de muestra descargables, visite www.IDTechEx.com/Sodium.

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FUENTE IDTechEX