Las ventas de vehículos de nueva energía están en auge, lo que encarece el precio del litio, materia prima necesaria para las baterías eléctricas. El precio del carbonato de litio se acerca a los 600.000 RMB por tonelada, y tres países sudamericanos ricos en litio compiten también por el poder de fijación de precios de los recursos de litio, con Argentina, Chile y Bolivia promoviendo la creación de un «triángulo del litio OPEP». En la nueva era energética, los coches no suelen estar limitados por el combustible, sino por el litio. CATL y otros fabricantes de productos intermedios y derivados intentan encontrar una solución centrándose en las baterías de iones de sodio.
Sodio en un entorno de litio de alto precio
Los precios del carbonato de litio han entrado en una espiral descendente desde marzo de 2022, cuando superaron los 500.000 yuanes por tonelada. Según los datos, después de rondar por debajo de 500.000RMB durante medio año, los precios del carbonato de litio volvieron a subir, superando de nuevo los 500.000RMB/tonelada a finales de septiembre, y subiendo a más de 55 millones de yuanes/tonelada a principios de noviembre. El 10 de noviembre, los precios del carbonato de litio eran de 570.000RMB/tonelada, mientras que en diciembre de 2020, los precios del carbonato de litio seguían siendo inferiores a 50.000RMB/tonelada.
El precio del carbonato de litio se ha multiplicado casi por diez en un año, y los recursos de litio resultan insustituibles en el sistema de baterías de litio. Entonces, ¿por qué no cambiar el sistema de materiales y sustituir el litio por el sodio, un elemento químicamente más similar? Las baterías de iones de sodio empezaron casi al mismo tiempo que las de iones de litio; sin embargo, mientras que las de litio se comercializaron con éxito en los años 90, las de iones de sodio han tardado en desarrollarse. No fue hasta 2020 cuando empezaron a utilizarse en el almacenamiento de energía y avanzaron hacia su industrialización.
En conjunto, la bateria de sodio ofrecen ventajas en términos de coste y seguridad, sobre todo para aliviar la presión sobre los recursos de litio, ya que hay reservas más abundantes de sodio elemental. Además, las baterías de iones de sodio son muy compatibles con los equipos de baterías de litio. En cuanto al desarrollo de electrolitos y diafragmas, también se puede hacer referencia a las tecnologías maduras relacionadas con las baterías de litio
El fosfato de hierro y litio se cotiza a unos 170.000 RMB/tonelada. En comparación, el precio de las pilas de sodio es inferior. El precio del óxido estratificado de cobre-hierro-manganeso ronda los 29.000 RMB/tonelada y el del óxido estratificado de níquel-hierro-manganeso, los 42.000 RMB/tonelada. El coste de producción en serie de los materiales de las baterías de sodio es entre un 30% y un 40% más barato que el de las baterías de litio-hierro-fosfato, y debería ser aún menor a medida que se vaya completando su industrialización. En la actualidad, el precio del carbonato de litio se acerca a los 600.000 yuanes/tonelada, lo que acentúa aún más la diferencia de precios.
Reducir la dependencia del litio puede ser una opción inevitable para la industria de las baterías. A medida que la tecnología siga avanzando, el desarrollo de baterías de iones de sodio podría reducir el riesgo de verse limitado por los recursos de litio aguas arriba y podría servir de eficaz reserva tecnológica.CATL está en marcha.El 29 de julio de 2021, CATL presentó su primera generación de baterías de iones de sodio. La célula de la batería tiene una densidad energética unicelular de 160 Wh/kg; puede cargarse durante 15 minutos a temperatura ambiente y alcanzar más del 80%; también cuenta con un índice de retención de descarga superior al 90% en un entorno de baja temperatura de -20°C; y la eficiencia de integración del sistema puede alcanzar más del 80%.
En enero de 2022, CATL anunció que la batería de iones de sodio líder en el mundo había alcanzado una densidad energética de 100Wh/kg a 160Wh/kg. CATL afirmó que las celdas de la batería de iones de sodio de segunda generación tendrían una densidad energética de 200Wh/kg, y que la mayor densidad energética de las celdas de fosfato de hierro y litio era de 210Wh/kg.
Tres rutas tecnológicas
En el campo de las baterías de iones de sodio, también existen varias vías para la elección del material catódico. Entre ellos figuran el óxido laminar, el azul de Prusia (blanco) y el polianión. Se entiende que la principal ventaja del óxido laminar es la densidad de energía; la principal ventaja del azul de Prusia (blanco) es el bajo coste; y la principal ventaja del polianión es la duración del ciclo.
Las tres vías tienen ventajas e inconvenientes. Capa de óxido debido a la mayor densidad de energía, excelente rendimiento de ciclo, buen rendimiento multiplicador, excelente rendimiento general para la dirección actual de la batería de iones de sodio. Sin embargo, también presenta desventajas, como su escasa estabilidad en el aire y su inestable capacidad de gramos.
El cátodo de azul de Prusia, por su parte, libera gases altamente tóxicos, como ácido cianhídrico y gas cianuro, en caso de desbordamiento térmico. En la preparación de este material interviene cianuro de sodio, altamente tóxico, y su producción y suministro requieren cualificaciones especiales. Los polianiones son más estables y sencillos de fabricar que los óxidos estratificados, pero también tienen una densidad energética mucho menor y se utilizan principalmente para el almacenamiento de energía a gran escala.
La producción de baterias de sodio aún tiene varios problemas por resolver
Aunque las baterias de sodio y las de litio son productos de la misma época, la diferencia es muy grande. La investigación actual de las empresas están todavía en la etapa de laboratorio, baterías de sodio en el mercado es todavía muy poco, es difícil de utilizar en el campo de las baterías de energía por el momento, en términos de almacenamiento de energía, baterías de sodio y baterías de litio hierro fosfato todavía hay una gran brecha. En efecto, el coste es un 40% inferior. Pero los tiempos de ciclo son menos de la mitad, y no hay valor en el reciclaje.
Los iones de sodio tienen un diámetro mayor que los de litio, y la densidad energética de las baterías de iones de sodio no es tan alta como la de las de iones de litio. En términos de conductividad eléctrica, los iones de sodio son más difíciles de incrustar y desincrustar que los iones de litio, por lo que es más difícil que los iones de sodio fluyan, pero esto debería mejorarse mediante la elección de la ruta técnica, la dificultad clave sigue siendo la densidad energética.
En el laboratorio, los tiempos de ciclo de las baterías de iones de sodio pueden alcanzar efectivamente el nivel de las baterías de litio hierro fosfato, pero se trata sólo de datos de laboratorio, y existen algunas diferencias con los resultados de la producción industrial a gran escala. Las baterías de iones de sodio en 2023 la producción en masa es posible, pero la aplicación en el campo de las baterías de potencia es un poco difícil, pero se utiliza en el almacenamiento de energía es posible.
A diferencia de las baterías de flujo, en teoría, las baterías de iones de sodio son mucho más baratas que las de iones de litio. Sin embargo, las baterías de iones de litio ya han alcanzado la producción en masa, mientras que la cadena industrial de las baterías de iones de sodio aún no se ha creado. Desde el punto de vista de la cadena industrial, las baterías de iones de sodio no tienen actualmente una ventaja de coste sobre las de iones de litio.
