Was ist besser? | Natrium-Ionen-Batterie VS. Blei-Säure-Batterie

Mit der Entwicklung und Anwendung von Natrium-Ionen-Batterien werden diese zunehmend mit Blei-Säure-Batterien verglichen. Die einen halten standhaft an der Verwendung von Blei-Säure-Batterien fest, die anderen glauben an das grenzenlose Potenzial der neuen Technologien und freuen sich auf die umfassende Einführung von Natrium-Ionen-Batterien. Auch wenn wir nicht wissen, welchen Batterietyp Sie bevorzugen, möchten wir Ihnen heute einen einfachen Überblick und Vergleich bieten.

Was ist eine Natrium-Ionen-Batterie?

Natrium-Ionen-Batterien sind wiederaufladbare Batterien, die nach einem ähnlichen Prinzip wie Lithium-Ionen-Batterien funktionieren, wobei die Lade- und Entladevorgänge durch die Bewegung von Natrium-Ionen zwischen der positiven und der negativen Elektrode erfolgen. 

In den letzten Jahren hat das Interesse an Natrium-Ionen-Batterien wieder zugenommen, vor allem aufgrund der Erkenntnis, dass die Lithium-Ressourcen endlich sind. Um nicht von den Lithium-Ressourcen abhängig zu sein, müssen wir neue Energiespeicherlösungen in Betracht ziehen. Kennen Sie also die Vor- und Nachteile von Natrium-Ionen-Batterien?

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Vorteil der Natriumbatterie

Reichhaltige Ressourcen

Natriumvorkommen sind weitaus reichhaltiger als Lithiumvorkommen, mit Konzentrationen von bis zu 2,75% in der Erdkruste und gleichmäßig über verschiedene Länder weltweit verteilt.

Hohe Sicherheitsleistung

Natrium-Ionen-Batterien weisen eine hohe Sicherheitsleistung auf und sind im Vergleich zu Lithium-Ionen-Batterien thermisch stabiler.

Gute Leistung bei niedrigen Temperaturen

Natrium-Ionen-Batterien können sich selbst in einer Umgebung von -40 °C normal entladen und behalten bei -20 °C eine Kapazität von etwa 80%. Wenn Sie sich in einer kalten Region befinden, können sie Ihre Bedenken zerstreuen.

Hervorragende Ratenleistung

Aktuelle Natrium-Ionen-Batterien der Hersteller können innerhalb von 20 Minuten bis zu 90% ihrer Kapazität aufladen.

Umweltschonend

Natrium-Ionen-Batterien enthalten keine schädlichen Schwermetalle, so dass ihre Rohstoffe umweltfreundlich sind.

Nachteil der Natriumbatterie

Die Energiedichte

Die Energiedichte von Natrium-Ionen-Batterien liegt zwischen 110 und 160 Wh/kg, was nicht wenig ist. Im Vergleich zu Lithiumbatterien speichern sie jedoch relativ wenig Energie, so dass hier noch erhebliches Wachstumspotenzial besteht. Es wird erwartet, dass sich diese Lücke innerhalb von 2 Jahren verkleinert und die Parität mit Lithiumbatterien erreicht wird.

Lebenserwartung

Ähnlich wie bei der Energiedichte ist die Lebensdauer von Natrium-Ionen-Batterien derzeit etwas geringer, soll aber innerhalb von zwei Jahren mit der von Lithium-Eisenphosphat-Batterien vergleichbar sein.

Volumen und Gewicht

Die geringere Energiedichte bedeutet, dass Natrium-Ionen-Batterien auch größere Volumina und Gewichte haben werden.

Technologischer Reifegrad

Die Technologie der Natrium-Ionen-Batterien macht rasche Fortschritte, aber ihre kommerzielle Reife hat noch nicht das Niveau von Lithium- oder Bleisäurebatterien erreicht. Daher werden die entsprechenden Produkte Zeit und Marktraum benötigen, um zu wachsen und sich weiterzuentwickeln.

Was ist eine Blei-Säure-Batterie?

Blei-Säure-Batterien sind ebenfalls wiederaufladbare Batterien, die positive Platten (Bleidioxid), negative Platten (Blei), Separatoren, Batteriezellenbehälter, Elektrolyt (Schwefelsäurelösung) und Pole enthalten. 

Im Gegensatz zu Natrium-Ionen-Batterien funktionieren sie durch chemische Reaktionen zwischen den positiven und negativen Platten und dem Elektrolyten, um das Laden und Entladen abzuschließen. Blei-Säure-Batterien sind eine sehr ausgereifte Technologie und finden in verschiedenen Bereichen breite Anwendung.

Vorteile der Blei-Säure-Batterie

Kosteneffizienz

Wie Sie wissen, sind die Kosten für Blei-Säure-Batterien recht niedrig, was einer der Gründe für ihre große Beliebtheit ist.

Technologischer Reifegrad

Bis heute ist die Technologie der Blei-Säure-Batterien sehr ausgereift und verfügt über eine gut etablierte Lieferkette und ein gut funktionierendes Recyclingsystem.

Hohe Leistungsabgabe

Blei-Säure-Batterien können eine hohe Leistung erbringen, was sie für Anwendungen wie Hybrid-Elektrofahrzeuge, die sofortige hohe Ströme benötigen, beliebt macht.

Hoher Recyclingwert

Das Recyclingsystem für Blei-Säure-Batterien ist gut etabliert und zeichnet sich nicht nur durch eine hohe Recyclingrate, sondern auch durch einen hohen Recyclingwert aus.

Nachteil der Blei-Säure-Batterie

Niedrige Energiedichte

Blei-Säure-Batterien haben eine geringere Energiedichte, möglicherweise nur 1/3 der Energiedichte von Lithium-Batterien, was sie entsprechend größer und schwerer macht.

Kurze Zyklusdauer

Aufgrund der geringen Energiedichte ist auch die Anzahl der Lade-/Entladezyklen geringer, insbesondere bei einer kürzeren Lebensdauer bei Tiefentladungen. Daher müssen Sie die Stromquelle möglicherweise häufig austauschen.

Hohe Selbstentladungsrate

Eine hohe Selbstentladung bedeutet, dass Blei-Säure-Batterien bei längerem Nichtgebrauch erheblich an Kapazität verlieren und regelmäßig aufgeladen werden müssen.

Umweltverschmutzung

Blei-Säure-Batterien enthalten das Schwermetall Blei und ätzende Schwefelsäure. Der unsachgemäße Umgang mit diesen Batterien kann leicht zu Schäden an der menschlichen Gesundheit und der Umwelt führen.

Natrium-Ionen-Batterie VS. Blei-Säure-Batterie

Nachdem wir ein grundlegendes Verständnis dieser beiden Batterietypen erlangt haben, wollen wir einige Vergleichspunkte auflisten, um die Unterschiede zwischen ihnen intuitiv zu erfassen.

Wiederaufladbarkeit

Sowohl Natrium-Ionen- als auch Blei-Säure-Batterien sind Sekundärbatterien, d. h. sie sind wiederaufladbar.

Spannung

Natrium-Ionen-Batterien: Die Nennspannung liegt zwischen 2,8 und 3,5 V.

Blei-Säure-Batterien: Die Nennspannung beträgt 2,0 V, sie können bis zu 1,5 V entladen und bis zu 2,4 V laden.

Rohmaterialien

Die Rohstoffe für Natrium-Ionen- und Blei-Säure-Batterien sind reichlich vorhanden und preiswert.

Kosten

Natrium-Ionen-Batterien: Da sich diese Technologie noch in der Entwicklung befindet, werden ihre Kosten mit zunehmender Produktionsgröße weiter sinken. Wir können ihre Kosten in drei Stufen schätzen:

Während des Förderzeitraums sind die Kosten höher als die von Blei-Säure-Batterien;

Während der Entwicklungszeit kann der Preis auf dem Niveau von Blei-Säure-Batterien liegen;

In der Hochkonjunkturphase wird er niedriger sein als der von Blei-Säure-Batterien.

Blei-Säure-Batterien: Im Vergleich zu Natrium-Ionen- und Lithium-Ionen-Batterien sind ihre Kosten relativ niedrig, etwa $0,3/Wh. Aufgrund der kürzeren Lebensdauer von Blei-Säure-Batterien müssen sie jedoch möglicherweise häufiger ausgetauscht werden.

Die Energiedichte

Die Energiedichte bezieht sich auf die Energiemenge, die in einem bestimmten Volumen oder einer bestimmten Masse eines Stoffes gespeichert ist.

Natrium-Ionen-Batterien: Sie haben eine relativ hohe Energiedichte, die 100~150Wh/kg erreichen kann und somit mehr Energie speichert.

Blei-Säure-Batterien: Sie haben eine geringe Energiedichte, in der Regel zwischen 30 und 50 Wh/kg, was bedeutet, dass sie im Vergleich weniger Energie speichern.

Volumen und Gewicht

Aus dem obigen Vergleich ist ersichtlich, dass Natrium-Ionen-Batterien eine höhere Energiedichte haben. Das bedeutet, dass Natrium-Ionen-Batterien bei gleichem Volumen mehr Energie speichern. Um die gleiche Energiemenge zu erhalten, benötigen Blei-Säure-Batterien ein größeres Volumen, was ein höheres Gewicht zur Folge hat.

Kurz gesagt: Natrium-Ionen-Batterien sind leichter und kompakter als Blei-Säure-Batterien.

Zyklus Leben

Natrium-Ionen-Batterien: Sie haben eine längere Lebensdauer, die derzeit zwischen 2.000 und 6.000 Lade-/Entladezyklen liegt, und können eine Entladetiefe von 100% erreichen.

Blei-Säure-Batterien: Ihre Zyklenlebensdauer beträgt etwa 300 bis 600 Zyklen bei einer Lebensdauer von 2 bis 4 Jahren, was relativ kurz ist, insbesondere bei Tiefentladung.

Temperatur Leistung

Natrium-Ionen-Batterien: Sie haben einen großen Betriebstemperaturbereich, in der Regel von -40°C bis 60°C. Sie zeigen auch bei niedrigen Temperaturen eine gute Leistung und behalten etwa 80% ihrer Kapazität bei -20°C, wodurch sie für den Einsatz in extrem kalten Regionen gut geeignet sind.

Blei-Säure-Batterien: Sie haben eine schwächere Fähigkeit zur Temperaturanpassung, wobei die Leistung unter extremen Temperaturbedingungen abnimmt. Insbesondere bei niedrigen Temperaturen wie -20°C kann ihre Kapazität unter 60% fallen.

Aufladegeschwindigkeit

Natrium-Ionen-Batterien: Sie verfügen über eine ausgezeichnete Ladegeschwindigkeit und können innerhalb von 15 Minuten bis zu 90% ihrer Kapazität aufladen, was eine sehr hohe Ladegeschwindigkeit darstellt.

Blei-Säure-Batterien: Sie laden langsamer und haben eine geringere Ladeeffizienz als Natrium-Ionen-Batterien.

Sicherheit

Natrium-Ionen-Batterien: Sie haben eine Reihe von Sicherheitstests bestanden und weisen eine extrem hohe Sicherheitsleistung auf. Sie haben eine gute thermische Stabilität und sind nicht anfällig für Selbstentzündung oder Explosion. Außerdem ist der Elektrolyt nicht stark korrosiv, was die Gefahr des Auslaufens verringert.

Blei-Säure-Batterien: Die chemischen Reaktionen in Blei-Säure-Batterien sind relativ stabil. Sie können jedoch Wasserstoffgas freisetzen, wenn sie überladen oder beschädigt werden. Unter bestimmten Bedingungen kann ein Gemisch aus Wasserstoff und Sauerstoff zu einer Explosion führen. Außerdem besteht ihr Elektrolyt aus Schwefelsäure, die stark ätzend ist und die Gefahr des Auslaufens birgt.

Memory-Effekt 

Der Memory-Effekt tritt normalerweise bei Nickel-Cadmium- oder Nickel-Metallhydrid-Batterien auf. Batterien mit Memory-Effekt sind nicht in der Lage, ihre volle Kapazität zu nutzen, was zu einer geringeren tatsächlichen Nutzungsdauer führt. Blei-Säure-Batterien und Natrium-Ionen-Batterien haben jedoch keinen Memory-Effekt und sind davon nicht betroffen.

Selbstentladungsrate

Natrium-Ionen-Batterien: Sie haben eine geringe Selbstentladungsrate, im Allgemeinen zwischen 1% und 5% pro Monat. Daher können Natrium-Ionen-Batterien auch dann eine hohe Kapazität beibehalten, wenn sie über einen längeren Zeitraum nicht genutzt werden.

Blei-Säure-Batterien: Sie haben eine relativ hohe Selbstentladungsrate von etwa 5% bis 10% pro Monat.

Wartung

Natrium-Ionen-Batterien: Sie sind weniger wartungsintensiv und haben geringere Wartungskosten.

Blei-Säure-Batterien: Bei überfluteten Blei-Säure-Batterien muss der Elektrolytstand regelmäßig überprüft und gegebenenfalls destilliertes Wasser nachgefüllt werden. Auch die Pole von Blei-Säure-Batterien müssen regelmäßig gereinigt werden, um zu verhindern, dass Korrosion und Oxidation die Wirksamkeit der Verbindungen beeinträchtigen. Außerdem muss sichergestellt werden, dass die Batterien regelmäßig eine Ausgleichsladung erhalten.

Schutz der Umwelt

Natrium-Ionen-Batterien: Die Rohstoffe für Natrium-Ionen-Batterien sind sehr umweltfreundlich, aber die Umweltauswirkungen der beteiligten Chemikalien müssen noch bewertet werden. Außerdem ist das Recyclingsystem für Natrium-Ionen-Batterien noch nicht ausgereift, und es sind weitere technologische Entwicklungen und Verbesserungen erforderlich.

Blei-Säure-Batterien: Blei-Säure-Batterien enthalten giftige Schwermetalle, die bei der Gewinnung der Rohstoffe und der Batterieproduktion die Umwelt verschmutzen können. Das Recyclingsystem für Blei-Säure-Batterien ist jedoch relativ ausgereift, auch wenn es wichtig ist, eine ordnungsgemäße Handhabung zu gewährleisten, um Umweltverschmutzung zu vermeiden. Eine unsachgemäße Handhabung, die zum Auslaufen von Flüssigkeiten führt, kann immer noch schwere Umweltschäden verursachen.

Anmeldung

Natrium-Ionen-Batterien: Aufgrund ihrer höheren Energiedichte und längeren Lebensdauer eignen sie sich für den Einsatz in Elektrofahrzeugen und groß angelegten Energiespeichersystemen. Sie haben auch das Potenzial, Blei-Säure-Batterien als Starterbatterien für Fahrzeuge zu ersetzen.

Blei-Säure-Batterien: Aufgrund ihrer geringen Kosten und ihres hohen Momentanentladestroms werden Blei-Säure-Batterien häufig zum Starten von Fahrzeugen, für unterbrechungsfreie Stromversorgungen und andere industrielle Anwendungen eingesetzt.

Kann die Natrium-Ionen-Batterie die Bleibatterie ersetzen?

Viele Menschen befassen sich mit diesem Thema und vertreten unterschiedliche Meinungen. Um ehrlich zu sein: Natrium-Ionen-Batterien haben zwar ein großes Potenzial, aber es wird lange dauern, bis sie die Blei-Säure-Batterien vollständig ersetzen können. Die Frage, ob Natrium-Ionen-Batterien die Blei-Säure-Batterien ersetzen können oder nicht, ist noch nicht endgültig geklärt. Diese Frage lässt sich nicht mit einer einfachen Aussage klären, sondern hängt von mehreren Faktoren ab:

Technologischer Reifegrad

Natrium-Ionen-Batterien sind eine noch junge Technologie, die noch nicht vollständig kommerzialisiert worden ist. Um Blei-Säure-Batterien zu ersetzen, muss zunächst der Markt für Natrium-Ionen-Batterien erschlossen werden.

Kostenüberlegungen

Einer der Gründe, warum Blei-Säure-Batterien so beliebt sind, sind ihre niedrigen Kosten. Natrium-Ionen-Batterien sind zwar reichlich vorhanden und könnten kostengünstiger sein als Blei-Säure-Batterien, aber um sie zu ersetzen, muss die hervorragende Leistung beibehalten und gleichzeitig die Kosten gesenkt werden.

Anpassungsfähigkeit an den Markt

Verschiedene Märkte und Anwendungen stellen unterschiedliche Anforderungen an die Produkte. Natrium-Ionen-Batterien sind in den Bereichen Elektrofahrzeuge und groß angelegte Energiespeicherung beliebter. Blei-Säure-Batterien werden derzeit eher in preissensiblen Marktanwendungen eingesetzt.

Technologische Innovation

Damit sich Natrium-Ionen-Batterien vollständig auf dem Markt durchsetzen können, müssen sie ihre Energiedichte und Zykluslebensdauer weiter verbessern.

Umweltpolitik

Natrium-Ionen-Batterien sind umweltfreundlicher. Wenn die Umweltschutzpolitik strenger wird, könnte sich dies auf die Verwendung von Blei-Säure-Batterien auswirken.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Natrium-Ionen-Batterien, wenn es ihnen gelingt, technologische Durchbrüche zu erzielen, die Energiedichte und die Zyklusdauer zu verbessern, die Blei-Säure-Batterien in Zukunft in bestimmten Bereichen schrittweise ersetzen können. Wenn sie jedoch ihre Anwendungen erweitern und Blei-Säure-Batterien vollständig ersetzen sollen, müssen sie noch weiter wachsen.

Abschließend möchte ich Sie bitten, uns Ihre wertvollen Ideen mitzuteilen, damit wir dieses Thema gemeinsam erforschen können.

Empfohlene Natrium-Ionen-Batterien

Natrium-Zylinderzellen:

3V 1200mAh - 18650 

3V 10Ah - 32140 

3V 19Ah - 46145

Motorrad-Starterbatterien:

12V 2600mAh

12V 3900mAh

12V 5200mAh

12V 6500mAh

12V 7800mAh

12V 10400mAh

Natriumbatterien zum Starten:

12V 57.2Ah

 

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