Odkrycia w zakresie akumulatorów sodowo-jonowych mogą być kluczem do naszej elektrycznej przyszłości i mogą być warte swojej ceny!
Technologia akumulatorów to jeden z tych obszarów, w którym uzyskuje się wiele obiecujących wyników badań, ale bardzo niewiele w postaci produktów komercyjnych, które możemy wykorzystać do zasilania urządzeń cyfrowych, pojazdów elektrycznych lub domów pozbawionych sieci. Już wkrótce może się to zmienić dzięki akumulatorom sodowo-jonowym, które są bezpieczniejsze, trwalsze i tańsze w produkcji w porównaniu z konwencjonalnymi akumulatorami litowo-jonowymi.
Nie jest tajemnicą, że akumulatory litowo-jonowe stanowią awangardę nowoczesnych systemów magazynowania energii i kluczowy czynnik napędzający wysiłki na rzecz elektryfikacji na całym świecie. Jednak wyprodukowanie ich na skalę potrzebną do zaspokojenia rosnącego popytu wydaje się zadaniem niemal niemożliwym. Producenci litu w ostatnich latach ostrzegali, że świat może wkrótce stanąć w obliczu niedoboru litu, prawdopodobnie już w 2025 roku.
Duży wpływ na to zjawisko ma fakt, że lit z metalu niszowego stosowanego w przemyśle ceramicznym i farmaceutycznym stał się w ciągu kilku dziesięcioleci jednym z metali najbardziej poszukiwanych. Albemarle – jedna z największych firm wydobywczych litu na świecie i lider renesansu litu w USA – planuje zwiększyć swoje moce produkcyjne do 500.000 ton rocznie do 2030 roku, ale twierdzi, że to nadal nie wystarczy do zaspokojenia przewidywanego popytu.
I tutaj z pomocą przychodzi akumulator sodowo-jonowy. Chociaż nie cieszył się takim samym zainteresowaniem jak litowo-jonowy, staje się jednym z największych przełomów technologicznych, dzięki któremu marzenie o elektryfikacji stanie się rzeczywistością. Baterie sodowo-jonowe mają podobną konstrukcję do baterii litowo-jonowych i mogą być wytwarzane przy użyciu tych samych lub podobnych procesów przemysłowych. W tego typu akumulatorach jony sodu zastępują jony litu w katodzie, a sole litu w elektrolicie (ciecz, która ułatwia ładowanie między elektrodami akumulatora) są zamieniane na sole sodu.
Baterie sodowo-jonowe nie są nową koncepcją, ale pomysł ich produkcji na dużą skalę zyskał popularność dopiero w ostatnich latach. Sód występuje w znacznie większej ilości niż lit, dlatego jest tańszy i łatwiejszy do pozyskania, a jednocześnie jest mniej podatny na napięcia geopolityczne. W chwili pisania tego tekstu cena węglanu sodu sięga 286 dolarów za tonę, podczas gdy węglan litu do akumulatorów kosztuje aż 20.494 dolarów za tonę.
Chemicy odkryli również, że ogniwa z warstwowymi katodami tlenkowymi zbudowanymi z sodu nie wymagają drogich metali, takich jak kobalt czy nikiel, aby osiągnąć gęstość energii porównywalną z gęstością energii uzyskiwaną w przypadku ogniw z fosforanu litowo-żelazowego (LFP), które są powszechnie stosowane w tańszych pojazdach elektrycznych.
Na początku tego miesiąca zespół japońskich naukowców z Uniwersytetu Naukowego w Tokio ujawnił, że opracował katodę o dużej pojemności do akumulatorów sodowo-jonowych, wykorzystującą nanostrukturalny twardy węgiel. Powstałe ogniwa mogą osiągać gęstość energii do 312 Wh na kg – czyli około dwukrotnie więcej niż w przypadku akumulatorów litowo-żelazowo-fosforanowych. Dla porównania, jest to również 1,6 razy większa gęstość energii, jaką osiągnęły najbardziej zaawansowane akumulatory sodowo-jonowe nieco ponad dziesięć lat temu.
Kolejną zaletą akumulatorów sodowo-jonowych jest ich odporność na szerszy zakres temperatur roboczych – od -30°C do 60°C (-22°F do 140°F), a nawet 80°C, w zależności od zastosowanego składu chemicznego. Właśnie dlatego firmy takie jak Faradion rozpoczęły już testowanie instalacji akumulatorów sodowo-jonowych do stacjonarnego magazynowania energii w Australii.
Na początku tego roku spółka joint venture pomiędzy Volkswagenem i Grupą JAC zaprezentowała pierwszego elektrycznego sedana zasilanego akumulatorem sodowo-jonowym. Pojazd jest zasilany akumulatorem o mocy 25 kWh, który zapewnia stosunkowo skromny zasięg do 250 km (155 mil), ale obie firmy zachwalają szybkie prędkości ładowania, lepszą wydajność w niskich temperaturach, a także dłuższy cykl życia baterii pojazdu wraz z wolniejszym spadkiem pojemności w miarę jej starzenia się.
James Quinn, dyrektor generalny Faradion, twierdzi, że nie można przecenić zalet akumulatorów sodowo-jonowych w zakresie bezpieczeństwa. Podczas gdy ogniwa litowo-jonowe należy przed transportem naładować do poziomu powyżej 30 procent, ogniwa sodowo-jonowe można bezpiecznie rozładować do 0 V, podobnie jak kondensator, co eliminuje możliwość niekontrolowanej utraty ciepła na skutek zwarć.
Jak widać na powyższym filmie, przebicie całkowicie naładowanego ogniwa sodowo-jonowego również nie powoduje przekształcenia go w ładunek wybuchowy.
Podczas gdy Faradion jest na razie zainteresowany głównie stacjonarnymi magazynami energii, inne firmy, takie jak Natron Energy, już zagłębiają się w przemysł samochodowy. Startup z siedzibą w Santa Clara wykorzystuje powszechnie produkowany materiał zwany błękitem pruskim do produkcji elektrod do akumulatorów sodowo-jonowych, które wytrzymują od 50.000 do 100.000 cykli ładowania/rozładowania. Można je również w pełni naładować w ciągu 15 minut lub mniej.
Natron niedawno nawiązał współpracę z Clarios International w celu masowej produkcji akumulatorów sodowo-jonowych w zakładzie tej ostatniej firmy w Meadowbrook w stanie Michigan przy użyciu tego samego sprzętu, który jest obecnie używany do produkcji ogniw litowo-jonowych. Natron twierdzi, że wraz ze wzrostem produkcji w nadchodzących miesiącach stanie się największą na świecie fabryką akumulatorów sodowo-jonowych.
Czas pokaże, jak sprawy potoczą się w przypadku akumulatorów sodowo-jonowych, ale w przeciwieństwie do wielu rozwiązań, które nie zostały jeszcze wypuszczone na zewnątrz laboratorium, z pewnością wyglądają one obiecująco. Wszystko zależy od tego, jak będą się zmieniać ceny materiałów w miarę rozwoju technologii i zwiększać liczba fabryk rozpoczynających produkcję ogniw sodowo-jonowych na dużą skalę.
Oczekuje się, że do 2030 roku globalna zdolność produkcyjna osiągnie 186 GWh rocznie w porównaniu z 6,5 TWh w przypadku ogniw litowo-jonowych. Oznacza to, że baterie sodowe prawdopodobnie w najbliższym czasie nie obalą dominacji litowo-jonowej. Wydają się jednak coraz bardziej atrakcyjną alternatywą dla różnych zastosowań i istnieje potencjał, aby stały się rozwiązaniem najczęściej wybieranym w dłuższej perspektywie.
➔ Obserwuj nas w Google News, aby być na bieżąco!
źródło: TechSpot
zdjęcie wykorzystane we wpisie z Depositphotos
Od 2005 roku zajmuję się komunikacją internetową i e-marketingiem, jestem pasjonatem urządzeń mobilnych oraz nowych technologii – i nie waham się ich używać.