Pile au lithium ou pile au sodium : Différences et avantages

1.Introduction

Les batteries sodium-ion peuvent-elles vraiment remplacer batteries lithium-ion et s'imposer sur le marché des piles ? Discutons des piles au lithium et des piles au sodium. Auparavant, nous avons également comparé les différences entre les batteries lithium-ion et les batteries nickel-hydrure métallique. Enfin, nous avons comparé les piles 21700 aux piles lithium-ion 18650, en espérant que ces informations vous seront utiles.
Les solutions d'alimentation subissent des transformations, tout comme les batteries portables. Dans cet article, nous vous présentons un type de batterie rechargeable, qui est comparé aux types de batteries les plus courants et qui est devenu l'un des sujets les plus récents dans l'industrie des batteries.
Cet article présente principalement les piles au lithium et les piles au sodium. Malgré des recherches suffisantes pour faire du sodium une meilleure alternative au lithium dans les solutions d'alimentation portables, la normalisation et la commercialisation des batteries au sodium n'ont eu lieu que depuis quelques années.

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

En général, les piles au sodium sont un autre type de piles rechargeables, dont le principe de fonctionnement est très similaire à celui des piles au lithium : les ions se déplacent entre l'électrode positive et l'électrode négative. Pourquoi le sodium est-il considéré comme une alternative prometteuse aux piles au lithium ? La réponse réside dans ses propriétés chimiques. Comme le lithium et le sodium sont tous deux des éléments métalliques et qu'ils sont les plus proches dans le tableau périodique, leurs principales propriétés, à savoir les électrons de valence, la capacité de charge et les réactions de décharge, sont cohérentes.

3. Principe de fonctionnement de la batterie au sodium

Pour comprendre le principe de fonctionnement des piles au sodium, il faut approfondir leur composition chimique. Comme toute autre batterie rechargeable, les batteries au sodium sont composées de cathodes, d'anodes et de matériaux électrolytiques. Lorsque la matière active est insérée dans l'électrolyte, une oxydation se produit à l'anode et l'électrode perd des électrons. Ces électrons se déplacent vers la cathode où se produit une réaction de réduction. De cette manière, un courant est généré, augmentant la tension de la batterie, et chargeant finalement la batterie.

4. les piles au sodium sont-elles pratiques ?

Le sodium étant plus abondant dans la nature que le lithium, les électrodes de sodium, le principal composant des piles au sodium, sont moins chères, ce qui fait de ces types de piles un choix plus rentable que les piles au lithium. Dans le débat entre les piles au lithium et les piles au sodium, les avantages relatifs des piles au sodium par rapport aux piles au lithium sont les suivants :

（1）L'alliage de sodium (fer-nickel-manganèse) comme matériau de cathode, en raison de l'abondance de sels de sodium bon marché, son coût en matières premières est presque deux fois moins élevé que celui des matériaux de cathode ternaire des batteries au lithium.
（2）A la même concentration d'électrolyte, la conductivité des matériaux d'électrolyte de sodium est 20% plus élevée que celle des matériaux de lithium, ce qui en fait une option plus abordable pour les solutions d'électrolyte à faible concentration.
（3）Bien que la densité énergétique des batteries au sodium ne puisse être comparée à celle des batteries lithium-ion, leur rapport coût-efficacité est significatif, ce qui les rend remplaçables par les batteries plomb-acide traditionnelles.

5. les inconvénients des piles au sodium

（1）Les piles au sodium utilisent principalement des solvants organiques comme électrolytes, ce qui pourrait poser un problème de sécurité important car ces solvants organiques sont hautement inflammables et peuvent provoquer des explosions et des incendies.
（2）La densité énergétique volumétrique des piles au sodium est plus faible en raison de la présence de molécules d'eau et de groupes CN dans leur structure cristalline, libérant des molécules de HCN, ce qui réduit la densité. Le processus de production des batteries nécessite davantage de matériaux auxiliaires et de coûts de fabrication.

6.Qu'est-ce qu'une batterie lithium-ion ?

Type de batterie rechargeable le plus courant, les batteries lithium-ion se composent principalement de quatre éléments. La cathode, l'anode, l'électrolyte et le séparateur. La cathode est la source d'ions lithium, qui détermine la tension et la capacité de ces batteries, tandis que l'anode est responsable du flux de courant pendant la charge de la batterie.
Lorsqu'elle est entièrement chargée, l'anode stocke les ions lithium. L'électrolyte sert de chemin entre l'anode et la cathode. Il peut s'agir d'un solvant, d'un additif ou d'un sel. Enfin, le séparateur est presque explicite : il agit comme une barrière physique entre l'anode et la cathode.
Comme les batteries lithium-ion ont une densité énergétique élevée, sont compactes et légères, elles sont devenues un choix populaire pour les appareils électroniques portables tels que les ordinateurs portables, les tablettes, les smartphones et les outils électriques.

7. principe de fonctionnement de la batterie lithium-ion

Comme indiqué ci-dessus, les batteries lithium-ion sont constituées de quatre éléments de base et fonctionnent grâce à des réactions d'oxydation-réduction qui se produisent séparément à l'anode et à la cathode. Des charges positives sortent de l'anode et s'accumulent à la cathode, générant un courant. Ce courant circule entre le collecteur et le collecteur négatif jusqu'à l'appareil à charger (entre les deux), tandis que le séparateur empêche l'anode et la cathode d'entrer en contact et de former un court-circuit.

8. les batteries au lithium-ion sont-elles pratiques ?

（1）Pour tous les appareils intelligents et de haute technologie pour lesquels le remplacement de la batterie n'est pas pratique, les batteries lithium-ion se sont révélées être un bon choix car elles ont une durée de vie plus longue.
（2）Les batteries lithium-ion peuvent supporter une large gamme de températures de fonctionnement, ce qui les rend idéales pour une utilisation dans les zones à climat chaud et les applications extérieures.
（3）Plus important encore, les batteries lithium-ion ont une densité de puissance plus élevée et une durée de vie plus longue, ainsi qu'une capacité de charge rapide et d'endurance, ce qui les rend supérieures aux technologies de batteries traditionnelles.

9. les inconvénients des batteries lithium-ion

（1）Les batteries lithium-ion résistent généralement à des températures élevées mais pas à des températures basses.
（2）L'utilisation de batteries lithium-ion à basse température se traduit par une faible capacité, une forte atténuation et des taux de cycles médiocres.

10.Applications des batteries au lithium-ion et au sodium

Les propriétés chimiques des batteries lithium-ion et des batteries au sodium déterminent leurs principales applications.
（1）Les batteries lithium-ion, en raison de leur densité énergétique et de leur tension de fonctionnement élevées, sont le choix privilégié pour charger les appareils électroniques portables tels que les systèmes d'énergie solaire, les véhicules de loisirs, les bateaux, les voiturettes de golf, etc.
（2）En revanche, les batteries sodium-ion, en raison de l'abondance des éléments sodium dans la nature, de leur forte adaptabilité à la chaleur, de leur ininflammabilité et de leur haute énergie, se sont révélées être une technologie prometteuse pour l'avenir. Elles sont utilisées dans les réseaux d'énergie, les véhicules électriques et d'autres applications similaires.

11.Gamme de températures de fonctionnement des piles au lithium-ion et des piles au sodium

La température de fonctionnement des batteries lithium-ion et sodium dépend de l'efficacité de la décharge et de la durée du cycle. La température de fonctionnement appropriée pour les batteries sodium-ion est de -40-+60℃, tandis que celle des batteries lithium-ion est de -20-60℃.

12 Différences entre les piles au lithium et les piles au sodium

Les principales différences entre les piles au lithium et les piles au sodium résident dans leurs performances et leur plage de température.
En termes de caractéristiques élémentaires, il est clair que le lithium possède de meilleures propriétés électrochimiques que le sodium, ce qui permet un meilleur transfert d'énergie. En résumé, il a été prouvé que les piles au lithium sont supérieures aux piles au sodium en termes de performances et de durabilité.
Les batteries au sodium ne souffrent pas d'emballement thermique, ce qui signifie qu'elles sont moins sujettes aux incendies et qu'elles peuvent fonctionner efficacement dans des environnements froids. En bref, les batteries sodium-ion offrent des performances supérieures sur une plus grande plage de températures.

(1) Taille

Lorsque l'on parle de la taille des piles au lithium et des piles au sodium, il faut tenir compte de deux facteurs importants : la densité énergétique et la charge par unité de volume.
Généralement, pour stocker la même quantité d'énergie, les batteries sodium-ion ont une taille plus importante que les batteries lithium-ion car les batteries sodium-ion ont une densité énergétique plus faible, ce qui se traduit par une charge plus faible par unité de volume. Cependant, grâce aux progrès technologiques, nous espérons améliorer la densité énergétique des batteries au lithium et au sodium, ce qui nous permettrait de fournir des solutions de batteries plus petites mais plus puissantes.

(2) Coût

Si l'on compare les prix des batteries au lithium et des batteries au sodium, bien qu'il reste encore beaucoup à faire pour commercialiser les batteries sodium-ion et les rendre largement disponibles, on s'attend à ce que le prix des batteries sodium-ion soit inférieur de 30 à 40% à celui des batteries lithium-ion, l'équivalent ionique.

13.Comparaison des performances des piles au lithium et des piles au sodium

Grâce à leurs meilleures propriétés électrochimiques et à leurs performances de transfert efficaces, les batteries lithium-ion sont plus performantes que les batteries sodium-ion. Leur densité énergétique plus élevée et leur résistance interne plus faible en font le choix privilégié pour tous les appareils électroniques portables qui nécessitent des recharges fréquentes.
Dans le débat entre les batteries au lithium et les batteries au sodium, le prix de la batterie et l'impact sur l'environnement sont des considérations primordiales, alors que les batteries sodium-ion offrent des performances supérieures. Par exemple, dans les dispositifs de stockage en réseau, où les batteries de grande capacité nécessitent des temps de stockage plus longs et des fréquences de charge plus faibles, les batteries sodium-ion sont un bon choix.

14. quelle batterie est la plus sûre ? Lithium-ion ou Sodium-ion ?

En ce qui concerne les facteurs de sécurité des batteries lithium-ion et des batteries sodium-ion, de nombreux cas d'explosions et d'incendies de batteries lithium-ion ont été signalés dans le monde entier. En outre, cela concerne principalement les batteries à l'oxyde de cobalt-lithium, mais toutes les batteries lithium-ion ne contiennent pas de matériaux dangereux, comme les batteries au phosphate de fer-lithium, qui utilisent des matériaux sûrs et respectueux de l'environnement, sans métaux lourds toxiques.
En revanche, les batteries sodium-ion ne nécessitent pas de considérations particulières pour leur manipulation, leur utilisation et leur stockage en toute sécurité, car leur composition chimique plus sûre garantit qu'elles ne connaîtront jamais de telles défaillances.

15 Les piles au sodium sont-elles meilleures que les piles au lithium ?

Compte tenu de l'abondance du sodium dans la croûte terrestre par rapport au lithium, les scientifiques pensent que dans un avenir prévisible, nous pourrons compter sur le sodium, qui constituera une alternative plus abordable, plus économique et plus durable.
Cependant, plusieurs types de recherches sont en cours pour conclure que les piles au sodium sont plus respectueuses de l'environnement que les piles au lithium, et les preuves actuelles sont insuffisantes pour prendre une décision définitive.

16. les batteries sodium-ion remplaceront-elles les batteries lithium-ion ?

Compte tenu de l'abondance du sodium et de ses propriétés chimiques favorables, le sodium a de grandes chances de remplacer les batteries lithium-ion en tant que solution moins chère et plus respectueuse de l'environnement. Si tel est le cas, les batteries sodium-ion réduiront de près de moitié le coût de remplacement des batteries lithium-ion.
Toutefois, les batteries au sodium ne peuvent pas remplacer complètement les batteries lithium-ion, car elles ne conviennent pas aux applications nécessitant une densité énergétique élevée, telles que les smartphones, les ordinateurs portables ou les batteries marines, entre autres.
Les véhicules de grande capacité dont les exigences en matière de densité énergétique sont moindres sont toujours demandés par le marché. À l'avenir, les batteries au sodium telles que le stockage d'énergie distribuée et le stockage en réseau auront de vastes perspectives d'application.

17 Pourquoi les batteries sodium-ion ne sont-elles pas utilisées ?

Les batteries sodium-ion ont une densité énergétique inférieure à celle des batteries lithium-ion (telles que le phosphate de fer lithié et l'oxyde de manganèse lithié). De plus, leur coût n'est pas très avantageux.
Les batteries sodium-ion n'ont pas été largement utilisées. Tout d'abord, la chaîne d'approvisionnement en amont des batteries sodium-ion n'est pas mûre, et il existe de nombreux défauts de performance potentiels. Les batteries au sodium n'ont pas bénéficié d'un avantage significatif en termes de coûts. Lorsqu'ils doivent choisir entre les batteries lithium-ion et les batteries sodium-ion, les utilisateurs sont plus enclins à accepter les produits lithium-ion plus matures.