Energieerzeugung und -speicherung für alltägliche Anwendungen haben in den letzten zwei Jahrzehnten große Aufmerksamkeit erregt. Die kontinuierlichen Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten im Bereich wiederaufladbarer Batterien haben in vielen Bereichen zu erheblichen Fortschritten geführt. In früheren Jahren war tragbare Elektronik der wichtigste Treiber für die Entwicklung wiederaufladbarer Batterien. Allerdings haben die jüngsten Fortschritte bei Elektrofahrzeugen die Batterieindustrie ins Rampenlicht gerückt.
Lithium-Ionen-Batterien stehen nach wie vor an der Spitze der wiederaufladbaren Batterieindustrie, doch der stetig wachsende Markt übt regelmäßig Druck auf die Ressourcen und Lieferketten der Lithium-Ionen-Batterieindustrie aus. Daher werden neuartige Natriumionenbatterien, die weniger anfällig für Ressourcen- und Versorgungsrisiken sind, als kostengünstigere Alternative überdacht. Da Lithium-Ionen-Batterien 30–40 % der Kosten eines Elektrofahrzeugs ausmachen, geht man davon aus, dass die Preisspanne von Elektrofahrzeugen erheblich gesenkt werden kann, wenn Natrium-Ionen-Batterien in großem Maßstab hergestellt und durch Lithium-Ionen-Batterien ersetzt werden.
Im Jahr 2020 entwickelten Forscher der Washington State University (WSU) und des Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) eine Natrium-Ionen-Batterie das lieferte eine Kapazität identisch zu einige Lithium-Ionen-Akkus und behielten nach 80 Zyklen mehr als 1,000 Prozent ihrer Ladung. Die Herstellung einer potenziell realisierbaren Batterie aus reichlich vorhandenen und billigen Materialien wie Natrium sorgte für große Aufregung bei der Batterie Herstellung community. Infolge, sOdium-Ionen-Akku wird gesucht Google Trends, Amazons Bestseller an Alternative zum teuren LiThium-Ionen-Akkus zur Abwicklung, Integrierung, Speicherung und sind allgegenwärtig Wird zur Herstellung tragbarer Unterhaltungselektronik und Elektrofahrzeuge verwendet Batterien.
Abbildung 1: WSU Ph.D. Abschluss Junhua Song und Kollegen haben eine Natrium-Ionen-Batterie entwickelt, die genauso viel Energie speichert und genauso funktioniert wie einige kommerzielle Lithium-Ionen-Batteriechemien
Aufgrund dessen aussichtsreich Zukünftig hat die Natrium-Ionen-Batterietechnologie ein exponentielles Wachstum der Patente verzeichnet Anwendung Einreichungen vorbei nach zwanzig Jahrenars (Abbildung 2). In diesem Bereich wurden in den letzten fünf Jahren mehr als 18000 Patentanmeldungen eingereicht. China, US, und Japan stehen in England, Top drei Positionen weltweit in Bezug auf die Anzahl der Patentanmeldungen in diesem Bereich, wobei China dies getan hat eingereicht mehr als 16000 Anwendungen in den letzten zwanzig Jahren (Bild 3). Indien ist ein Auf dem potenziellen Markt in diesem Technologiebereich wurden in den letzten Jahren auch mehrere Patente für die Natrium-Ionen-Batterietechnologie angemeldet.
Abbildung 2: Patentanmeldungen in Natrium-Ionen-Batterien in Vergangenheit 20 Jahre
Abbildung 3: Länderspezifische Patentanmeldungen in der Natrium-Ionen-Batterietechnologie
Neben Unternehmen haben sich auch Universitäten und Forschungsinstitute aktiv an der Entwicklung von Natriumionen beteiligt-basierte Batterien in den letzten Jahren. Eine Analyse von 3,366 Patentfamilien für Natrium-Ionen-Batterien in den letzten 5 Jahren Patsnap enthüllte, dass die Central South University, die Shaanxi University of Science & Technology, und Auf die Guangdong University of Technology entfielen in diesem Zeitraum 8.26 % der Patentanmeldungen (Figur 4).
Abbildung 4: Patentanmeldungen verschiedener Universitäten und Institute in den letzten fünf Jahren
Im Vergleich zu anderen Arten von Batterien, ter Einsatz von Natrium-Ionen-Batterien unterstützt verschiedene Vorteile zu Hersteller und Verbraucher einschließlich höherer Sicherheit, großem Temperaturbereich, erschwinglichem Preis und Leicht, wie in Abbildung gezeigt 5. Obwohl Die Energiedichte von Natrium-Ionen-Batterien ist jedoch geringer als die von Lithium-Batterien, jedoch mit kontinuierlichen Bemühungen In der wissenschaftlichen Gemeinschaft wird erwartet, dass Natrium-Ionen-Batterien in der kommenden Zukunft eine ähnliche Leistung erbringen wie Lithium-Ionen-Zellen.
Abbildung 5: Vorteile der Verwendung von Natrium-Ionen-Batterien
Laut CATL (Contemporary Amperex Technology Co., Limited), einem führenden chinesischen Batteriehersteller, die Energiedichte von Natriumionen der nächsten Generation Batterien wird in der kommenden Zeit 200Wh/kg überschreiten.
Einige Anwendungen von Natrium-Ionen-Batterien in der Industrie sind in Abbildung 6 dargestellt. Unter diesen verfügt die Elektrofahrzeugindustrie über ein größeres Potenzial für Natrium-Ionen-Batterien, für die bereits eine Reihe von Patentanmeldungen eingereicht wurden. Statistiken zeigen, dass mehr als 1250 Patente im Bereich Natrium-Ionen-Batterien für Elektrofahrzeuge aktiv sind (Abbildung 7).
Im November 2022 erklärte ein leitender Angestellter von CATL, dass die ersten Natrium-Ionen-Batterien, die in Serienfahrzeugen verwendet werden, möglicherweise eine Kombination aus Li-Ionen- und Natrium-Ionen-Batterien verwenden. Durch diesen Ansatz können Natrium-Ionen-Batterien Elektrofahrzeuge mit einer Reichweite von bis zu 500 Kilometern unterstützen (Natriumionenbatterien werden in Elektrofahrzeugen mit Reichweiten von bis zu 500 km erwartet, sagt CATL Exec – Batteries News Veröffentlicht im November 2022).
Abbildung 6: Anwendungen für Natrium-Ionen-Batterien
Abbildung 7: Statistik von Patent Einreichungen für Natrium-Ionenbatterien im Zusammenhang mit Elektrofahrzeugen
Derzeit ist die Lithium-Ionen-Batterietechnologie ein riesiger Industriezweig mit einem Marktwert of Im Jahr 42.5 liegt der Wert bei rund 2021 Milliarden US-Dollar. Die Natrium-Ionen-Batterieindustrie hingegen steckt noch in den Kinderschuhen der Entwicklung und is Es wird erwartet, dass es in den kommenden Jahren schnell wachsen wird, da neue Akteure in das Ökosystem eintreten. Einige prominente Akteure in der Natrium-Ionen-Batterieindustrie umfassen CATL, Faradion, HiNa Batterie usw. A fEw andere aufstrebende Spieler sind in der Abbildung dargestellt 8.
Abbildung 8: Prominente Akteure in der Natrium-Ionen-Batterietechnologie
Faradion begrenzt is ein führendes Unternehmen in der Batterietechnologie mit einemn umfangreiches IP-Portfolio, siehe Abbildung 9, deckt verschiedene Aspekte der Natrium-Ionen-Technologie ab. Aufgrund von a vielversprechende Zukunft und hEs wurden mehr als 180 eingereicht Patentanmeldungen auf diesem Gebiet verändern, 100 % der Anteile an Fadarion Limitiert have war übernommen von Reliance New Energy Solar Ltd („RNESL“), a ganz-Besitz Tochtergesellschaft von Reliance Industries Ltd („Reliance“), für einen Unternehmenswert von 100 Millionen Pfund (https://faradion.co.uk/reliance-new-energy-solar-to-acquire-faradion-limited/ Veröffentlicht am 31. Dezember 2021). Faradion CEO James Quinn erklärte zur Abwicklung, Integrierung, Speicherung und „Gemeinsam mit Reliance, Faradion kann britische Innovation nach Indien und weltweit bringen, da die Welt zunehmend über Lithium hinausblickt.“
Abbildung 9: Der Patentportfolio von Faradion für Natrium-Ionen-Batterien
Im Jahr 2021 brachte Xtreme Power das branchenweit erste Rack-montierte unterbrechungsfreie Stromversorgungssystem (USV) mit Natrium-Ionen-Batterien von Natron auf den Markt. Die neue Xtreme Power P91L-USV ist mit einer Leistung von 3 kW und 5 kW, mit 120 und 208/220/230/240 V Wechselstrom, 50/60 Hz-Betrieb erhältlich und wurde speziell für die Aufnahme von Natrons entwickelt BlueTray 4000 48V DC-Batterie als Notstromversorgung. Durch Einsatz von Natrium-Ionen-Batterien, die Sicherheit der UPS System erweitert werden kann bedeutend.
Verschiedene Materialien wurden von Forschern zur Herstellung von Anode, Kathode und Elektrolyt für Natriumionenbatterien untersucht. Zu den beliebtesten Materialien, die verwendet werden können, gehören:
Kathode: NaCrO2Na0.7Gurren2 + x, NaCoPO4, NaFePO4Na0.44MnO2
Anode: Na2Ti3O7Na2Ti3O7, NaTi2(PO4)3Na2Ti3O7
Elektrolyt: Na1.3Al0.3Ti1.7P3O12
Basierend auf den verwendeten Grundmaterialien sind außerdem drei Arten von Natrium-Ionen-Batterien auf dem Markt erhältlich: Natrium-Schwefel-Batterie, Natrium-Salz-Batterie und Natrium-Luft-Batterie. Im Jahr 2021 dominierten Natrium-Schwefel-Batterien mit einem Anteil von 46 % den Markt
Nach individuellen Markteinblicken wurde die Marktgröße für Natrium-Ionen-Batterien im Jahr 1120 auf rund 2021 Millionen US-Dollar geschätzt und wird bis 2899 voraussichtlich 2030 Millionen US-Dollar erreichen, wie in Abbildung 10 dargestellt (https://www.globenewswire.com/en/news-release/2022/11/15/2556368/0/en/Latest-Global-Sodium-Ion-Battery-Market-Size-Share-Worth-USD-2899-Million-by-2030-at-an-11-8-CAGR-Custom-Market-Insights-Analysis-Outlook-Leaders-Report-Trends-Forecast-Segmentatio.html). Dem alliierten Marktbericht zufolge wird Nordamerika im Zeitraum 15.9–2021 ein umfangreiches Wachstum im Bereich Natrium-Ionen-Batterien mit einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate von 2031 % verzeichnen (https://www.alliedmarketresearch.com/sodium-ion-battery-market-A10597).
In den USA hat Natron Energy Inc. bereits mit Clarios International Inc. zusammengearbeitet, was zu den weltweit ersten massenproduzierten Natrium-Ionen-Batterien führen wird. Auch die asiatisch-pazifischen Länder wie China, Japan, Indien, Südkorea und Australien werden Schlüsselregionen für Investoren und Hersteller sein.
Abbildung 10: Marktanalyse für Natrium-Ionen-Batterien (Quelle: maßgeschneiderte Markteinblicke)
Nur die Zeit wird zeigen, wie sich die Natrium-Ionen-Industrie in der kommenden Zukunft entwickeln wird. Wenn Natrium-Ionen-Batterien jedoch zu Alternativen zu Lithium-Ionen-Batterien werden, wird erwartet, dass diese Industrie den Weg für die nächste ebnet-Generation Automobilindustrie und Unterhaltungselektronik.
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