Lithium-Batterie vs. Natrium-Batterie: Unterschiede und Vorteile

1. Einleitung

Können Natrium-Ionen-Batterien wirklich die Lithium-Ionen-Batterien und zum Mainstream auf dem Batteriemarkt werden? Lassen Sie uns über Lithiumbatterien und Natriumbatterien sprechen. Zuvor haben wir auch die Unterschiede zwischen Lithium-Ionen-Batterien und Nickel-Metallhydrid-Batterien verglichen. Außerdem haben wir 21700er-Batterien mit 18650er-Lithium-Ionen-Batterien verglichen, in der Hoffnung, dass Sie daraus nützliche Informationen gewinnen können.
Energielösungen sind einem Wandel unterworfen, und das gilt auch für Gerätebatterien. In diesem Artikel stellen wir Ihnen einen wiederaufladbaren Batterietyp vor, der mit gängigen Batterietypen verglichen wird und zu einem der neuesten Themen in der Batterieindustrie geworden ist.
In diesem Artikel werden hauptsächlich Lithiumbatterien und Natriumbatterien vorgestellt. Trotz ausreichender Forschung, um Natrium zu einer besseren Alternative zu Lithium in tragbaren Energielösungen zu machen, ist die Standardisierung und Kommerzialisierung von Natriumbatterien erst seit ein paar Jahren möglich.

2. was ist eine Natrium-Ionen-Batterie

Im Allgemeinen sind Natriumbatterien eine weitere Art von wiederaufladbaren Batterien, deren Funktionsprinzip dem der Lithiumbatterien sehr ähnlich ist: Ionen bewegen sich zwischen der positiven und der negativen Elektrode. Warum wird Natrium als vielversprechende Alternative zu Lithiumbatterien angesehen? Die Antwort liegt in seinen chemischen Eigenschaften. Da Lithium und Natrium beide metallische Elemente sind und im Periodensystem am nächsten beieinander liegen, stimmen ihre wichtigsten Eigenschaften überein: Valenzelektronen, Ladungstransportkapazität und Lade-Entlade-Reaktionen.

3. das Arbeitsprinzip der Natriumbatterie

Um das Funktionsprinzip von Natriumbatterien zu verstehen, müssen wir uns mit ihrer chemischen Zusammensetzung befassen. Wie jede andere wiederaufladbare Batterie besteht auch die Natriumbatterie aus Kathoden, Anoden und Elektrolytmaterialien. Wenn das aktive Material in den Elektrolyten eingebracht wird, findet an der Anode eine Oxidation statt, und die Elektrode verliert Elektronen. Diese Elektronen wandern zur Kathode, wo eine Reduktionsreaktion stattfindet. Auf diese Weise wird ein Strom erzeugt, der die Batteriespannung erhöht und die Batterie schließlich auflädt.

4. sind Natriumbatterien praktisch?

Da Natrium in der Natur häufiger vorkommt als Lithium, werden die Natriumelektroden, der Hauptbestandteil von Natriumbatterien, billiger, was diese Batterietypen zu einer kostengünstigeren Wahl als Lithiumbatterien macht. In der Debatte zwischen Lithiumbatterien und Natriumbatterien sind die relativen Vorteile von Natriumbatterien gegenüber Lithiumbatterien wie folgt:

（Natrium-Legierung (Eisen-Nickel-Mangan) Kathodenmaterial, aufgrund der Fülle von billigen Natriumsalzen, seine Rohstoffkosten ist fast die Hälfte der Lithium-Batterie ternären Kathodenmaterialien.
（Bei gleicher Elektrolytkonzentration ist die Leitfähigkeit von Natrium-Elektrolytmaterialien 20% höher als die von Lithium-Materialien, was sie zu einer kostengünstigeren Option für Elektrolytlösungen mit niedriger Konzentration macht.
（Die Energiedichte von Natriumbatterien ist zwar nicht mit der von Lithium-Ionen-Batterien vergleichbar, aber ihre Kosteneffizienz ist beträchtlich, so dass sie herkömmliche Blei-Säure-Batterien ersetzen können.

5. die Nachteile von Natriumbatterien

（Natriumbatterien verwenden meist organische Lösungsmittel als Elektrolytmaterial, was ein erhebliches Sicherheitsproblem darstellen könnte, da diese organischen Lösungsmittel leicht entflammbar sind und zu Explosionen und Bränden führen können.
（Die volumetrische Energiedichte von Natriumbatterien ist geringer, weil in ihrer Kristallstruktur Wassermoleküle und CN-Gruppen vorhanden sind, die HCN-Moleküle freisetzen und so die Dichte verringern. Bei der Batterieherstellung sind mehr Hilfsstoffe und Herstellungskosten erforderlich.

6.Was ist eine Lithium-Ionen-Batterie?

Die gängigste Art von wiederaufladbaren Batterien; Lithium-Ionen-Batterien bestehen hauptsächlich aus vier Komponenten. Kathode, Anode, Elektrolyt und Separator. Die Kathode ist die Quelle der Lithium-Ionen und bestimmt die Spannung und Kapazität dieser Batterien, während die Anode für den Stromfluss beim Aufladen der Batterie verantwortlich ist.
Bei voller Ladung speichert die Anode Lithium-Ionen. Der Elektrolyt dient als Verbindung zwischen Anode und Kathode. Dabei kann es sich um ein Lösungsmittel, einen Zusatzstoff oder ein Salz handeln. Der Separator schließlich ist fast selbsterklärend und dient als physische Barriere zwischen Anode und Kathode.
Da Lithium-Ionen-Batterien eine hohe Energiedichte, eine kompakte Größe und ein geringes Gewicht haben, sind sie eine beliebte Wahl für tragbare elektronische Geräte wie Laptops, Tablets, Smartphones und Elektrowerkzeuge geworden.

7. das Arbeitsprinzip der Lithium-Ionen-Batterie

Wie bereits erwähnt, bestehen Lithium-Ionen-Batterien aus vier Grundkomponenten und funktionieren durch Oxidations-Reduktionsreaktionen, die getrennt an der Anode und der Kathode ablaufen. Positive Ladungen fließen von der Anode ab und sammeln sich an der Kathode, wodurch Strom erzeugt wird. Dieser Strom fließt zwischen dem Kollektor und dem negativen Kollektor zu dem zu ladenden Gerät (dazwischen), während der Separator verhindert, dass sich Anode und Kathode berühren und einen Kurzschluss bilden.

8. sind Lithium-Ionen-Batterien praktisch?

（1）Für alle intelligenten und hochtechnologischen Geräte, bei denen ein Batteriewechsel unpraktisch ist, haben sich Lithium-Ionen-Batterien als eine gute Wahl erwiesen, da sie eine längere Lebensdauer haben.
（2）Lithium-Ionen-Batterien halten einer großen Bandbreite an Betriebstemperaturen stand und sind daher ideal für den Einsatz in heißen Klimazonen und im Freien.
（Vor allem aber haben Lithium-Ionen-Batterien eine höhere Leistungsdichte und eine längere Lebensdauer sowie die Fähigkeit zum schnellen Aufladen und eine höhere Ausdauer, wodurch sie den herkömmlichen Batterietechnologien überlegen sind.

9 Nachteile von Lithium-Ionen-Batterien

（Lithium-Ionen-Batterien halten in der Regel hohen, aber nicht niedrigen Temperaturen stand.
（Die Verwendung von Lithium-Ionen-Batterien bei niedrigen Temperaturen führt zu geringer Kapazität, starker Dämpfung und schlechten Zyklusraten.

10. Anwendungen von Lithium-Ionen- und Natrium-Batterien

Die chemischen Eigenschaften von Lithium-Ionen-Batterien und Natriumbatterien bestimmen ihre wichtigsten Anwendungen.
（1）Lithium-Ionen-Batterien sind aufgrund ihrer hohen Energiedichte und Betriebsspannung die bevorzugte Wahl für das Aufladen tragbarer elektronischer Geräte wie Solaranlagen, Wohnmobile, Boote, Golfwagen usw.
（Andererseits haben sich Natrium-Ionen-Batterien aufgrund des reichlichen Vorkommens von Natriumelementen in der Natur, der starken Wärmeanpassungsfähigkeit, der Nichtentflammbarkeit und der hohen Energie als vielversprechende Zukunftstechnologie erwiesen. Sie werden in Stromnetzen, Elektrofahrzeugen und ähnlichen Anwendungen eingesetzt.

11. Betriebstemperaturbereich von Lithium-Ionen- und Natrium-Batterien

Die Betriebstemperatur von Lithium-Ionen- und Natriumbatterien hängt von der Entladungseffizienz und der Zyklusdauer ab. Die geeignete Betriebstemperatur für Natrium-Ionen-Batterien liegt bei -40-+60℃, die für Lithium-Ionen-Batterien bei -20-60℃.

12 Unterschiede zwischen Lithiumbatterien und Natriumbatterien

Die Hauptunterschiede zwischen Lithium- und Natriumbatterien liegen in ihrer Leistung und ihrem Temperaturbereich.
Was die elementaren Eigenschaften betrifft, so ist klar, dass Lithium im Vergleich zu Natrium bessere elektrochemische Eigenschaften aufweist und eine bessere Energieübertragung ermöglicht. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Lithiumbatterien den Natriumbatterien in Bezug auf Leistung und Haltbarkeit nachweislich überlegen sind.
Natriumbatterien leiden nicht unter thermischem Durchgehen, was bedeutet, dass diese Batterien weniger anfällig für Brände sind und in kalten Umgebungen effektiv arbeiten können. Kurz gesagt, Natrium-Ionen-Batterien bieten eine bessere Leistung über einen größeren Temperaturbereich.

(1) Größe

Wenn wir über die Größe von Lithium- und Natriumbatterien sprechen, müssen wir zwei wichtige Faktoren berücksichtigen: Energiedichte und Ladung pro Volumeneinheit.
Im Allgemeinen sind Natrium-Ionen-Batterien bei gleicher Energiemenge größer als Lithium-Ionen-Batterien, da Natrium-Ionen-Batterien eine geringere Energiedichte haben, was zu einer geringeren Ladung pro Volumeneinheit führt. Wir gehen jedoch davon aus, dass sich die Energiedichte sowohl von Lithium- als auch von Natriumbatterien durch technologische Fortschritte verbessern wird, so dass wir kleinere, aber leistungsfähigere Batterielösungen anbieten können.

(2) Kosten

Vergleicht man die Preise von Lithiumbatterien und Natriumbatterien, so ist zu erwarten, dass der Preis von Natriumbatterien um 30-40% niedriger sein wird als der von Lithiumbatterien, dem ionischen Gegenstück, obwohl noch viel zu tun ist, um Natriumionenbatterien zu kommerzialisieren und sie weithin verfügbar zu machen.

13. Leistungsvergleich von Lithium- und Natriumbatterien

Aufgrund ihrer besseren elektrochemischen Eigenschaften und ihrer effektiven Übertragungsleistung sind Lithium-Ionen-Batterien den Natrium-Ionen-Batterien überlegen. Ihre höhere Energiedichte und ihr geringerer Innenwiderstand machen sie zur bevorzugten Wahl für alle tragbaren elektronischen Geräte, die häufig aufgeladen werden müssen.
In der Debatte zwischen Lithiumbatterien und Natriumbatterien sind der Batteriepreis und die Umweltauswirkungen ausschlaggebend, wobei Natrium-Ionen-Batterien eine bessere Leistung bieten. So sind Natrium-Ionen-Batterien eine gute Wahl für Netzspeicher, bei denen Batterien mit großer Kapazität längere Speicherzeiten und niedrigere Ladefrequenzen erfordern.

14. Welche Batterie ist sicherer: Lithium-Ionen oder Natrium-Ionen?

Bei der Erörterung der Sicherheitsfaktoren von Lithium-Ionen-Batterien und Natrium-Ionen-Batterien wurden weltweit zahlreiche Fälle von Explosionen und Bränden bei Lithium-Ionen-Batterien gemeldet. Außerdem betrifft dies hauptsächlich Lithium-Kobalt-Oxid-Batterien, aber nicht alle Lithium-Ionen-Batterien enthalten unsichere Materialien, wie Lithium-Eisenphosphat-Batterien, die sichere und umweltfreundliche Materialien ohne giftige Schwermetalle verwenden.
Im Gegensatz dazu müssen bei Natrium-Ionen-Batterien keine besonderen Überlegungen zur sicheren Handhabung, Verwendung und Lagerung angestellt werden, da ihre sicherere chemische Zusammensetzung dafür sorgt, dass es nie zu solchen Ausfällen kommen wird.

15. sind Natriumbatterien besser als Lithiumbatterien?

Da Natrium im Vergleich zu Lithium in der Erdkruste reichlich vorhanden ist, glauben die Wissenschaftler, dass wir in absehbarer Zukunft auf Natrium zurückgreifen können und dass es eine erschwinglichere, wirtschaftlichere und nachhaltigere Alternative darstellen wird.
Es laufen jedoch noch verschiedene Untersuchungen, um zu dem Schluss zu kommen, dass Natriumbatterien umweltfreundlicher sind als Lithiumbatterien, und die derzeitigen Erkenntnisse reichen nicht aus, um eine endgültige Entscheidung zu treffen.

Werden Natrium-Ionen-Batterien die Lithium-Ionen-Batterien ersetzen?

Da Natrium im Überfluss vorhanden ist und über günstige chemische Eigenschaften verfügt, besteht eine große Chance, dass Natrium die Lithium-Ionen-Batterien als billigere und umweltfreundlichere Lösung ersetzen kann. Wenn dies geschieht, werden Natrium-Ionen-Batterien die Kosten für den Ersatz von Lithium-Ionen-Batterien um fast die Hälfte senken.
Natriumbatterien können jedoch Lithium-Ionen-Batterien nicht vollständig ersetzen, da sie sich nicht für Anwendungen eignen, die eine hohe Energiedichte erfordern, wie z. B. Smartphones, Laptops oder Schiffsbatterien.
Für Fahrzeuge mit großer Kapazität und geringerer Energiedichte besteht weiterhin eine Marktnachfrage. In Zukunft werden Natriumbatterien als dezentrale Energiespeicher und Netzspeicher breite Anwendungsmöglichkeiten haben.

17. warum werden keine Natrium-Ionen-Batterien verwendet?

Natrium-Ionen-Batterien haben gegenüber Lithium-Ionen-Batterien (wie Lithium-Eisen-Phosphat und Lithium-Mangan-Oxid) einen Nachteil bei der Energiedichte. Außerdem haben sie keinen nennenswerten Kostenvorteil.
Natrium-Ionen-Batterien sind noch nicht weit verbreitet. Erstens ist die vorgelagerte Lieferkette für Natrium-Ionen-Batterien noch nicht ausgereift, und es gibt viele potenzielle Leistungsmängel. Natriumbatterien haben keinen signifikanten Kostenvorteil erlangt. Bei der Wahl zwischen Lithium-Ionen- und Natrium-Ionen-Batterien sind die Nutzer eher bereit, die ausgereifteren Lithium-Ionen-Batterieprodukte zu akzeptieren.