DETA蓄电池三种不同材质的电池技能比较
三种电池技能的比较
三种电池技能——钠离子电池、铅酸电池和锂离子电池——在几个要害的技能参数上有所不同，包含能量密度、循环寿数、能量密度和操作温度。
能量密度是指电池在给定体积或质量内能够存储的能量数量。另一方面，功率密度表明电池供给电力的速度。自放电率是电池在不运用时失掉电荷的速度。循环寿数是指电池在其运用寿数内能够进行的充电和放电循环次数，直到容量显著削减停止。作业温度规模是一个重要的考虑要素，由于它决定了电池在给定温度规模内有效作业的能力。表1对钠离子电池、铅酸电池和锂离子电池的技能参数进行了比较评价。其他一些用于比较钠离子电池、铅酸电池和锂离子电池用于电动两轮车运用的要害技能参数包含充电功能、安全特性以及容量保持。充电功能是衡量充电功率、充电和放电温度的指标。充电功率是一个技能参数，用于衡量在充电过程中将外部来源的电能转化为电池中贮存能量的有效性。充电功率考虑到充电过程中发生的任何丢失，如热耗散或电阻丢失。较高的充电功率表明在充电期间供给的能量有更大的份额被存储在电池中。
铅酸电池、锂离子电池和钠离子电池的技能功能比较[25, 26]
| 指标 | 铅酸电池 | 锂离子电池 | 钠离子电池 |
|---|---|---|---|
| 均匀作业电压（伏特） | 3.0–4.2 | 2.0–3.8 | |
| 质量能量密度（瓦时/千克） | 30–50 | 120–180 | 100–150 |
| 体积能量密度（瓦时/升） | 60–100 | 200–350 | 180–280 |
| 功率密度（瓦/千克） | 250–680 | 150–250 | |
| 自放电率（每月百分比） | 10–20 | 小于5 | 小于5 |
| 循环寿数 | 1000–1500 | 2500–3000 | |
| 操作温度规模 | -40至60摄氏度 | -25至40摄氏度 | -40至60摄氏度 |
| 资料可用性 | 比锂电池更简单取得 | 在部分区域供给服务 | Earth-abundant |
| 安全 | 老练的技能；无法快速充电 | 运送约束在卸货状态时 | 技能不够老练；易于运送 |
依据钠离子电池、铅酸电池和锂离子电池之间的技能功能（如表1和表2所示），能够显着看出，与铅酸电池比较，钠离子和锂离子电池在各个方面都表现出更好的功能。锂离子电池具有几个优势特性，由于它们与其他类型的电池比较显示出显著更好的功能，而且它们也由环保资料组成，这些资料不会发生有毒气体。此外，锂离子电池供给了高水平的安全性，使其成为电动汽车运用的首选选项[10, 27]。钠离子电池的充电速度比铅酸电池快（1-3C）。这里，‘C’表明相关于电池容量充电或放电的速率。具体来说，C率界说为：
根据充电功能的电动汽车电池比较[25]
| 电池类型 | 充电功率（%） | 充电温度（°C） | 放电温度（°C） | -20°C容量保持率 | 过放电保护电阻 | 安全 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 锂离子电池 | 80–90 | 0到45 | -20至60 | 小于60% | 赤贫 | 公正 |
| 铅酸电池 | 50–95 | -20至50 | -20至50 | 小于70% | 赤贫 | 好 |
| 钠离子电池 | 小于等于92% | -20至60 | -20至60 | 大于等于88% | 能够放电至0伏 | 优秀（可在0伏时传输） |
(6)
例如，一个30安时（Ah）的钠离子电池能够接受30至90安培（A）的充电电流，而一个30安时的铅酸电池只能接受3至9安培的充电电流。因此，“它们比铅酸电池（0.1至0.3C）充电更快（1至3C）”的说法意味着钠离子电池的充电速率是铅酸电池的10倍。
钠离子电池在循环寿数和能量密度方面，与锂离子电池比较的确存在一定的弱点。虽然存在这些缺点，但钠离子电池的高安全性现已在业界引起了极大的关注。虽然锂离子电池或许供给了更好的能量密度和循环寿数，但钠离子电池的本钱效益和增强的安全功能使其越来越受欢迎。这些优势使得钠离子电池在各种运用中成为一个吸引人的代替计划。
4 经济剖析
铅酸电池的初始本钱低于锂电池。这首要是由于铅酸电池技能具有悠长的前史和广泛的运用，然后形成了老练的制作工艺和规模经济。而锂电池则触及更先进和杂乱的技能，导致初始本钱较高。虽然铅酸电池的初始本钱或许较低，但与锂电池比较，它们一般需求更频繁地替换。铅酸电池在功能开端下降之前一般只有约200-500次充放电循环。这意味着铅酸电池或许需求更频繁地替换，然后导致更高的长时刻本钱[26]。比较之下，锂电池的循环寿数要长得多，一般在经过1000到3000次循环甚至更多次循环后才会呈现显着的功能下降。这导致了电池运用寿数更长，随着时刻的推移削减了替换本钱。与铅酸电池比较，锂电池的能效更高。锂电池每单位分量或体积能够供给更多的可用能量，然后延长了电动汽车等运用的运用规模并提高了整体功能。这种更高的能效能够在存储和运用每单位本钱的能量时带来本钱节约。铅酸电池需求定时保护，例如弥补电解液水平和监测电池健康状况。
整体而言，虽然铅酸电池的初期本钱较低，但锂电池供给了更长的运用寿数、更高的能量密度和改善的能量功率等优势。这些要素能够经过提高功能和长时刻节省来抵消其较高的初始投资。此外，随着锂电池技能的不断进步和规模化生产，锂电池的本钱估计将进一步下降，使其在长时刻内更具竞争力。
按当前价格核算，钠离子电池的一切权总本钱现已与铅酸电池非常具有竞争力，虽然铅酸电池的初始本钱或许较低，但需求在相同时刻内频繁替换，而且考虑到前期的费用和必要的保护费用后，每千瓦时（kWh）可用的钠离子电池的本钱大约是铅酸电池的三分之二。研讨发现，钠离子电池的资料本钱比磷酸铁锂（LFP）电池低25-30%[30]。但是，在考虑了与资料、加工和办理操作相关的费用后，对电池本钱的查看表明，虽然每千瓦时的资料本钱更低，但钠离子电池仍比锂电池贵14.3%[31]。BatPac模型[32]经过考虑包含电池设计特性、保修、电池价值下降以及资料和加工费用在内的多个要素，能够完全查看电池本钱。该模型已被广泛用于专心于锂电池和最近也包含钠离子电池的研讨研讨中。
运用BatPac剖析法，一项研讨对18650钠离子电池的相关费用进行了评价。研讨发现，钠离子电池的单元本钱为每千瓦时223欧元，这略低于每千瓦时229欧元的磷酸铁锂电池，但高于每千瓦时168欧元的镍锰钴（NMC）电池[33]。随着钠离子电池供应链的逐渐树立，估计钠离子电池的本钱将会逐渐下降。在表3中，假定锂离子电池的本钱比钠离子电池低约12-14%[34]。
印度电动两轮车运用中铅酸电池、锂离子电池和钠离子电池技能的本钱经济性
| Two-wheeler . | 电池技能 | 容量（千瓦时） | 充电时刻 | 续航路程（公里/充满电） | 电池本钱 | |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 本钱/替换本钱（印度卢比） | 年运转保护本钱（印度卢比） | |||||
| 制作商A | Lead–acid | 8小时 | 55–60 | |||
| 制作商B | Lead–acid | 8-9小时 | 50–60 | |||
| 制作商C | 锂离子-镍-钴-铝氧化物 | 5小时 | ||||
| Na-ion | ||||||
| 制作商D | Li-ion | 四个半小时 | ||||
| Na-ion | ||||||
| 制作商E | Li-ion | 四个小时四十八分钟 | ||||
| Na-ion | ||||||
| 制作商F | Li-ion | 六小时三十分钟 | ||||
| Na-ion | ||||||
| 制作商G | Li-ion-NMC | 五个小时四十分钟 | ||||
| Na-ion | ||||||
| 制作商H | Li-ion | 四个半小时 | ||||
| Na-ion | ||||||
| 制作商I | Li-ion | 4小时 | ||||
| Na-ion | ||||||
| 制作商J | Li-ion-LFP | 4-5小时 | ||||
| Na-ion | ||||||
| 制作商K | Li-ion-LFP | 5小时 | ||||
| Na-ion | ||||||
| 制作商L | Li-ion-NMC | 5-6小时 | ||||
| Na-ion | ||||||
| 制作商M | Li-ion | 4-5小时 | ||||
这为电池本钱剖析的一个重要方面供给了见解，即活性资料的能量密度。具有更高能量密度的活性资料具有双重优势，既能够下降每千瓦时的资料本钱，又能够下降到达所需电池能量所需的加工本钱。值得注意的是，在比较的三种电池中，NMC电池中运用的资料最为昂贵。因此，在旨在开发具有本钱竞争力的钠离子电池时，有必要考虑高能量密度活性资料的潜力。
在查看了现有文献后，考虑了10年的车辆保有期和10%的贴现率[35, 36]。在铅酸电池供电的电动两轮车的情形中，假定电池将被替换三次。相反，关于由锂离子电池供电的电动两轮车，只考虑了一次电池替换。经过在德里国家首都区进行市场调查，得出了锂离子电池和铅酸电池（表3）的本钱本钱。与各种锂离子化学品比较，钠离子电池的本钱本钱适应于现有的文献[33]和市场调查。由于没有商业上可用的钠离子电动两轮车，假定安装了锂离子电池的电动两轮车（表3）将被替换为钠离子电池以进行本钱比较。
表3中的运转保护（O&M）本钱是依据以下假定核算的：
-
德里NCR地区的电价考虑为每单位（千瓦时）6卢比；
-
典型的日常行驶路程设定为10-15公里[37, 38]；
-
考虑了名义上的保护本钱，包含清洁资料、消耗品和查看费用。
4.1 铅酸电池、锂离子电池和钠离子电池的环境影响比较
表4对用于电动汽车运用的锂离子电池、铅酸电池和钠离子电池的环境影响进行了比较剖析。
铅酸电池、锂离子电池和钠离子电池的环境影响比较
| 铅酸电池 | 锂离子电池 | 钠离子电池 | |
|---|---|---|---|
| 原资料 | 铅，硫酸 | 锂、钴、镍、石墨、电解液 | 钠、锰、石墨、电解液 |
| 提取 | 挖掘、冶炼 | 采矿，化学加工 | 采矿，化学加工 |
| 制作 | 高能耗的化学工艺 | 高能耗的化学工艺 | 高能耗的化学工艺 |
| 环境影响 | 铅污染、硫酸泄漏、温室气体排放 | 资源干涸、挖掘影响、温室气体排放 | 资源干涸、挖掘影响、温室气体排放 |
| 生命周期完毕 | 收回应战，铅酸电池处置 | 收回应战，再运用潜力 | 收回应战，再运用潜力 |
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(i) 非生物资源耗竭潜力（ADP）：与钠离子电池和锂离子电池比较，铅酸电池的ADP更高，由于铅酸电池需求提取铅。
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(ii) ADP-化石燃料（ADP-FF）：与锂离子电池和钠离子电池比较，铅酸电池中的ADP-FF更高，由于它们的制作过程中触及能耗较大的工艺。
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（iii）全球变暖潜能值（GWP）：与其他铅酸电池比较，锂离子电池和钠离子电池在GWP方面一般较低，这首要是由于它们在运用阶段具有更高的动力功率和削减的排放量。
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（iv）酸化潜力（AP）：铅酸电池由于在运用过程中或处置不妥或许发生硫酸泄漏，因此或许会导致更高的酸化潜力。
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(v) 富营养化潜力（EP）：与其他铅酸电池比较，锂离子和钠离子电池一般具有较低的富营养化潜力，首要是由于铅酸电池存在重金属浸出的危险。
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(vi) 光化学氧化潜势和臭氧消耗潜势：这些要素关于上述任何电池类型来说一般并不重要。
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(vii) 人体毒性潜力 (HTP)：铅酸电池由于露出于铅的潜在毒性，其HTP较高。锂离子和钠离子电池的HTP较低。
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（viii）海洋水生生态毒性潜力（M-ECOTP）、陆地生态毒性潜力（T-ECOTP）和淡水水生生态毒性潜力（F-ECOTP）：铅酸电池的生态毒性潜力或许比锂离子和钠离子电池高，由于铅和硫酸污染的潜在或许性。
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（ix）累积能耗需求（CED）：由于锂离子和钠离子电池的生产过程能耗较高，因此在制作阶段它们的CED或许会更高；但是，它们在运用阶段的能效更高能够抵消这一影响。
电池寿数的完结是指电池无法再有效贮存和供给电能的那一刻。不同类型的电池，如钠离子电池、锂离子电池和铅酸电池，在其运用寿数完毕时表现出不同的特性。钠离子电池相对较新，而锂离子电池则存在容量衰减、老化和安全问题。铅酸电池会经历容量丢失，而且或许会遭到硫化的影响。一切类型的电池都应遵循适当的收回或处置办法，以最小化对环境的影响并收回有价值的资料。
在印度，电池收回正逐渐成为废物办理的重要组成部分。铅酸电池收回是一种老练且已树立的实践，有助于防止有毒物质的释放并节约资源。虽然锂离子和钠离子电池收回程序仍在开发中，但正在尽力树立专门的收回基础设施和流程。这些举措旨在收回有价值的金属，削减对原资料挖掘的依靠，并最大极限地削减环境影响。经过适当的收回做法，印度正在尽力实现电池生产和废物办理的可继续和环保办法。
整体而言，铅酸电池在多个类别中与锂离子和钠离子电池比较具有更高的环境影响。但是，有必要考虑电池化学、制作工艺和收回实践的具体差异，以及技能改善和正在进行的或许影响这些环境影响的研讨。