Koje prednosti ima baterija s ionskim natrijem u odnosu na litijevu bateriju?

Obilje i dostupnost sirovina

Zastupljenost natrija i litija u Zemljinoj kori

Natrij je na šestom mjestu na listi elemenata koji se nalaze u Zemljinoj kori, čineći otprilike 2,3% po težini. Litij priča potpuno drugačiju priču, jer iznosi samo 0,006% prema podacima USGS-a iz 2023. godine. Razlika između ovih brojeva ogromna je – više od 380 puta veća za natrij. A to je vrlo važno kad govorimo o tehnologiji baterija. Ekstrakcija litija uključuje ili dugotrajne procese isparavanja rastopine ili teške operacije rudarenja stijena koje troše puno energije. Što se tiče spojeva natrija? Oni su svugdje. Uzmimo primjerice natrijev klorid. Solane, oceani puni morske vode, pa čak i određeni sedimentni bazeni sadrže obilne zalihe spojeva natrija. Ovi resursi nisu samo bogati, već su i znatno jednostavniji za pristupiti u usporedbi s onim što je potrebno za proizvodnju litija.

Geografska distribucija i pristupačnost izvora natrija

Većina svjetskog litija dolazi iz tzv. Litijevog trokuta između Argentine, Čilea i Bolivije. Samo ove tri zemlje prema podacima DOE-a iz 2024. godine čine oko 58% svih dostupnih rezervi litija. Natrij je međutim drugačiji. Sirovine za natrij mogu se naći u približno 94 različite zemlje širom svijeta, s velikim naslagama soli praktički svuda gdje ljudi žive. Ova šira distribucija zapravo čini natrij sigurnijim izborom kada su u pitanju geopolitička pitanja. U posljednje vrijeme vidjeli smo probleme s rastom cijena litija jer su južnoameričke zemlje iznenada ograničile izvoz. Budući da je natrij ravnomjernije raspoređen širom planeta, manja je vjerojatnost da jedan region uzrokuje svjetske nedostatke ili šokove u cijenama.

Posljedice za otpornost globalne opskrbne lanke kod baterija na bazi natrijevih iona

Natrij je skoro svugdje prisutan, što znači da proizvođači mogu organizirati lokalnu proizvodnju umjesto da ovise o dugim i nestabilnim globalnim lancima opskrbe s kojima smo se svi previše upoznali. Uzmimo primjer baterija litij-ion koje zahtijevaju prijevoz sirovina širom svijeta, ponekad u prosjeku više od 10 tisuća milja. Tehnologija natrij-iona funkcionira drugačije jer može koristiti ono što je dostupno lokalno. Istraživanje s MIT-a iz 2023. godine pokazalo je da ovaj pristup može smanjiti našu ovisnost o jedinstvenim izvorima minerala otprilike za tri četvrtine. S obzirom na državne politike poput Zakona o smanjenju inflacije koje potiču tvrtke na korištenje domaćih sirovina, tehnologija natrij-iona izgleda kao da će ozbiljno promijeniti način pohrane energije u sljedećih desetak godina.

Učinkovitost troškova i smanjena ovisnost o ključnim mineralima

Trendovi cijena litijevog karbonata naspram natrijevog karbonata

Cijene litijevog karbonata porasle su na 74.000 USD/tonu 2022. godine, prije nego što su se spustile na 20.300 USD/tonu 2024. godine, što odražava ekstremnu volatilnost tržišta. Natrijev karbonat, naprotiv, ostaje stabilan oko 320 USD/tonu zbog obilnih rezervi i niskih troškova ekstrakcije. Ova razlika u cijenama od 60:1 pruža jaku ekonomsku osnovu za proizvodnju baterija na bazi natrijevih iona.

Usporedba materijalnih troškova između baterija na bazi natrijevih i litijevih iona

Baterije s ionskim natrijem zamjenjuju bakar aluminijem u svojim komponentama kolektora struje, čime se smanjuju troškovi materijala za oko 34%. Gledajući stvarne brojke, standardni paket od 60 kWh izrađen s tehnologijom natrija košta oko 940 USD sirovina, dok slični litijevi paketi iznose otprilike 1.420 USD, prema podacima Energy Storage Insights iz prošle godine. Tržište je također doživjelo velike fluktuacije – cijene litija skočile su gotovo trostruko između 2020. i sada, dok je natrij ostao relativno stabilan s fluktuacijom od oko 12%. To znači da sistemi zasnovani na natriju nude odmah stvarne uštede i održavaju tu prednost tijekom vremena.

Smanjena ovisnost o kritičnim mineralima poput kobalta i nikla

Baterije s ionskim natrijem rade drugačije od svojih litijevih kolega jer ne trebaju kobalt, od kojeg se većina (oko 70%) dobiva u Demokratskoj Republici Kongo. Također izbjegavaju potrebu za ogromnim količinama nikla, od kojeg se skoro polovica ekstrahira u Indoneziji. Prema najnovijem Izvješću o kritičnim mineralima za 2025. godinu, Kina ima ogroman utjecaj na preradu litija od oko 85%, ali što se tiče proizvodnje sirova za natrij, njihov udio pada na samo 23%. Ova razlika stvara prilike za poduzeća koja žele smanjiti rizike u svojim lancima opskrbe bez prevelikog oslanjanja na pojedinačne izvore.

Analiza kontroverze: Je li pretpostavljeno dugoročno štednje preuveličano?

Neke osobe ukazuju na to da baterije s ionskim natrijem imaju problem niže gustoće energije, što znači veće instalacije u cjelini, pa stoga uštede možda neće biti toliko velike koliko se nadamo. S druge strane, postoje nove konstrukcije koje koriste dijelove na bazi sumpora i one izgleda poboljšavaju radne karakteristike bez žrtvovanja sigurnosnih standarda. Kod primjena na velikim mrežama gdje prostor nije veliki problem, većina procjena ukazuje na uštedu od oko 18 do 22 posto u cijelom vremenu trajanja, čak i uz sve izazove u ranoj fazi povećanja proizvodnje.

Poboljšana sigurnost i termička stabilnost

Niži rizik termičkog bijega kod baterija s natrijevim ionima u usporedbi s baterijama s litijevim ionima

Kada je riječ o otpornosti na toplinu, baterije s ionskim natrijem zapravo bolje podnose termički ubrzavanje u usporedbi s onim dosadnim litijevim baterijama koje tako dobro poznajemo. Prema istraživanju objavljenom u časopisu Journal of Power Sources prošle godine, ove natrijeve ćelije mogu izdržati radne temperature koje su otprilike 20 do čak 30 posto više prije nego što stvari postanu opasne. Zašto? Pa, natrij jednostavno ne reagira tako snažno s elektrolitskim materijalima unutar baterije, što znači da dolazi do manje opasnih, toplinu proizvodećih reakcija kada dođe do kvara poput prekomjernog punjenja ili fizičkog oštećenja baterije. Uzmimo za primjer ćelije litij-fosfata: one obično ulaze u termičko ubrzavanje oko 210 stupnjeva Celzijusovih, dok natrijeve verzije ostaju prilično smirene i stabilne iznad 250 stupnjeva bez pojave lančane reakcije ili kvarova.

Unutarnja elektrokemijska stabilnost natrijevih kemikalija

Veće veličine iona natrija (oko 0,95 ångstöma u usporedbi s litijevim 0,6 ångstöma) znače da se oni lakše mogu kretati kroz elektrode baterije, što pomaže u smanjenju opasnih dendrita koji se tokom vremena formiraju. Istraživanje objavljeno u časopisu Nature Materials još 2022. godine pokazalo je nešto zanimljivo: ćelije s ionima natrija imale su za oko 40 posto manje unutarnjih kratkih spojeva pri brzom punjenju u usporedbi s njihovim litijevim kolegama. Još jedna velika prednost dolazi iz potpunog odbacivanja kobalta, budući da ovaj element djelomično odgovara zašto litij-ionske baterije ponekad zapale. Bez prisustva kobalta, tehnologija temeljena na ionima natrija od samog početka postaje znatno sigurnija.

Studija slučaja: Rezultati testiranja sigurnosti vodećih proizvođača natrij-ionskih baterija

Ispitivanja prema standardima UN38.3 pokazala su nešto zanimljivo o ćelijama s natrijevim ionima kada su izložene prodiranju čavla. One su zadržale temperaturu površine ispod 60 stupnjeva Celzijevih čak i pri kvaru, dok su litijeve NMC ćelije postale znatno vruće, prelazeći 180 stupnjeva. Još važnije, baterijski paketi s natrijevim ionima zadržali su 98 posto svojeg izvornog kapaciteta nakon 500 ciklusa punjenja i pražnjenja pri 45 stupnjeva Celzijevih. To daleko nadmašuje litijeve baterije, koje su pod sličnim uvjetima uspjele zadržati oko 85 posto kapaciteta. Razmatranje ovih brojki jasno pokazuje zašto bi tehnologija s natrijevim ionima mogla biti bolje prilagođena situacijama u kojima aktivno upravljanje temperaturom jednostavno nije izvedivo ili bi bilo preteško po cijenu.

Trend: Povećani regulatorni fokus na sigurnost baterija u mikroautomobilima i stacionarnim sustavima za pohranu energije

Revidirane europske regulative o baterijama (2024.) sada zahtijevaju certifikaciju treće strane za otpornost na termički uzlet u stacionarnim sustavima za pohranu, što favorizira u inherentno sigurnije tehnologije poput natrijevog iona. Analitičari predviđaju povećanje ugradnje natrijevih baterija za 300% do 2030. godine, potaknuto standardima požarne sigurnosti u gradskim postajama za punjenje mikroautomobila i rezidencijalnim fotonaponskim sustavima za pohranu energije.

Okolišne i trajnostne prednosti

Niži ugljični otisak pri vađenju sirovina

Otisak ugljika kod baterija na bazi natrija pada otprilike 54% u fazi ekstrakcije sirovina u usporedbi s njihovim litijevim kolegama, kako pokazuju nedavne studije iz 2023. godine o životnim ciklusima. Ekstrakcija natrijevog karbonata zahtijeva znatno manje energije i vodenih resursa nego što je potrebno za litij, gdje tvrtke često koriste ogromne isparivačke bazene koji mogu potrošiti oko pola milijuna galona vode samo za proizvodnju jedne tone litija. Još bolje je to što korištenje natrija iz morske vode smanjuje probleme oštećenja zemljišta otprilike 37%, prema izvješću Global Mining Sustainability Index iz prošle godine. Ova vrsta ekološke prednosti sve više čini tehnologiju natrijevih baterija privlačnom za održive primjene.

Reciklabilnost i upravljanje natrijevim stanicama na kraju životnog vijeka

Odsutnost kobalta i nikla pojednostavljuje reciklažu. Trenutačni postupci omogućuju oporavak 92% materijala u usporedbi s litij-ionskim, zahvaljujući netoksičnim kolektorima struje od aluminija i katodama na bazi željeza koji izbjegavaju opasno ispiranje. Zatvoreni sustavi se sada uvođe kako bi se ponovno preuzeli natrijevi spojevi za izraboću u novim baterijama.

Metrike održivosti u usporedbi s litij-ionskim ekvivalentima

Litij-ionske baterije definitivno imaju veću gustoću energije koja iznosi oko 200 do 250 Wh po kg, u usporedbi s samo 100 do 160 Wh po kg za druge opcije. No kada se uzmu u obzir pokazatelji održivosti poput količine vode potrebne za proizvodnju svakog kWh-a, etičkog podrijetla materijala i toga što se događa s njima nakon što završe na deponijama, natrij-ionski sustavi zapravo postižu otprilike 40 posto bolje rezultate, prema nedavnim istraživanjima. Kako Europska unija sve više naglašava procjene utjecaja na okoliš, sve više tvrtki počinje gledati na tehnologiju temeljenu na natriju kao na svoje glavno rješenje, osobito za stvari poput pohrane obnovljive energije u električnim mrežama i pogona malih električnih automobila u lokalnim naseljima koje smo posljednje vrijeme sve češće vidimo.

Učinkovitost, proizvodnja i primjena

Mogućnost brzog punjenja i rad na niskim temperaturama kod natrij-ionskih baterija

Baterije s ionskim natrijem iznimno dobro rade u teškim temperaturnim uvjetima. Čak i na minus 20 stupnjeva Celzijevih, ove baterije zadrže oko 85 posto svojeg kapaciteta punjenja, prema časopisu Energy Storage Journal s prošle godine. Usporedite to s litijevim baterijama koje u sličnim uvjetima jedva dosežu 60%. Za područja u kojima zime jako surovim ili za mala električna vozila koja rade u hladnim klimama, ioni natrija sve više postaju privlačna opcija. Plus, postoji još jedna prednost vrijedna spomena – njihova sposobnost provođenja iona je toliko učinkovita da se mogu puniti otprilike 25% brže od uobičajenih ćelija litij-željezo-fosfata. Takva brzina izuzetno je važna za električne mreže koje trebaju brze reakcije tijekom vršnih perioda potrošnje.

Kompromis: Usporedba gustoće energije između baterija s natrijevim i litijevim ionima

Baterije s ionskim natrijem obično imaju oko 150 Wh po kg u današnje vrijeme, što znači da sadrže otprilike 60 posto onoga što mogu najbolji litij-ionski akumulatori. No stvari se brzo mijenjaju zahvaljujući nekim nedavnim probojima u razvoju katodnih materijala. Prema časopisu Materials Today iz prošle godine, u laboratorijskim prototipovima se razlika u performansama smanjila na oko 30 posto. Kada je riječ o velikim stacionarnim instalacijama poput objekata za pohranu energije u mreži, niža gustoća energije nije toliko velik problem, budući da ograničenja prostora nisu tako stroga. Nacionalni laboratorij za obnovljivu energiju proveo je i svoje testiranje te utvrdio da tehnologija s natrijevim ionima dovoljno dobro funkcionira za skoro devet od deset primjena za velikoskalno skladištenje energije širom zemlje već sada.

Sličan dizajn i procesi proizvodnje omogućuju ponovnu upotrebu infrastrukture

Proizvođači baterija mogu prilagoditi 70–80% postojećih linija za proizvodnju litij-ionskih baterija za izradu natrij-ionskih ćelija, s time da se kapitalni troškovi smanjuju do 40%. Taj prijelaz koristi zajedničke procese uključujući pripremu smjese elektroda, opremu za formiranje i arhitekture sustava za upravljanje baterijama.

Prilagođavanje proizvodnih linija za izradu natrij-ionskih ćelija

Velike tvornice baterija u Aziji završile su prilagodbu u roku od 6–9 mjeseci — znatno brže nego 24+ mjeseci potrebna za nove litijevske objekte. Prema Izvješću o proizvodnji čiste energije iz 2023. godine, ponovno korištena infrastruktura donosi uštedu od 18 USD/MWh, ubrzavajući globalni kapacitet natrij-ionskih baterija na 200 GWh do 2025. godine.

Primjena u energetskim sustavima velikih razmjera, mikroautomobilima i rastućim tržištima

S obzirom da je vijek trajanja ciklusa do 92% u odnosu na litijeve alternative, natrijeve baterije dominiraju novim ponudama za pohranu energije u mreži od 4–8 sati. Njihova otpornost na toplinu i sigurnosne prednosti posebno su vrijedne na tržištima u razvoju. U jugoistočnoj Aziji, broj mikroautomobila koji koriste tehnologiju natrijevih baterija svake godine od 2021. raste za 300%, što je posljedica smanjenih potreba za hlađenjem i poboljšane sigurnosti rada.

Često postavljana pitanja

Kako dostupnost natrija u Zemljinoj kori utječe na proizvodnju baterija?

Natrij je dostupniji i lakše dostupan u usporedbi s litijem, zbog čega je proizvodnja natrijevih baterija ekonomičnija i manje opterećujuća za okoliš, uz jednostavnije postupke ekstrakcije.

Zašto se natrijeve baterije smatraju geopolitički stabilnijima?

Resursi natrija široko su rasprostranjeni diljem svijeta, smanjujući rizik poremećaja u opskrbi koji su uobičajeni u regijama s koncentriranim nalazištima litija.

Koji su ekonomski prednosti korištenja natrijevih umjesto litijevih baterija?

Baterije s natrijevim ionima imaju niže troškove materijala zbog obilja i stabilnosti cijena natrija, što pruža rentabilnu alternativu litij-ionskim baterijama, posebno kako se proizvodnja baterija s natrijevim ionima povećava.

Je li baterije s natrijevim ionima sigurnije od litij-ionskih baterija?

Da, baterije s natrijevim ionima imaju bolju termičku stabilnost i manje rizike od termičkog izlaska iz-iz kontrole, zbog čega su sigurnije za primjene poput mikroautomobila i stacionarnih sustava za pohranu.