EN
Kadangi pasaulis juda link atsinaujinančių energijos šaltinių, energijos kaupimo sprendimų poreikis pasiekė naują prioritetų lygį. Natrio jonų baterijų plėtra gali pakeisti esamą energijos kaupimo sistemų situaciją. Šiame straipsnyje paaiškinama, kodėl natrio jonų baterijos vis labiau populiarėja, kokie jų privalumai lyginant su litio geležies baterijomis bei kokią funkciją jos turės ateities energijos kaupimo sektoriuje.
Natrio pranašumas: paplitimas ir prieinamumas
Palyginti su LIB, natrio jonų baterijos (SIB) yra tokios pat veiksmingos, jei ne labiau veiksmingos, atsižvelgiant į natrio mažesnes išlaidas ir gausų prieinamumą lyginant su litiumu. Elektriniai automobiliai ir atsinaujinančios energijos šaltiniai didina pasaulinį paklausimą, todėl reikia alternatyvių baterijų technologijų. Ypač svarbu tai, kad natrias yra šeštasis gausiausias elementas Žemėje, todėl jis nekelia rūpesčių, nes jį galima lengvai gauti iš druskos ežerų, jūros vandens ir netgi kai kuriose uolienose. Tai tiesiogiai leidžia sumažinti gamybos išlaidas. Natriui pagrįsti medžiagos paprastai yra 30–50 % pigesnės nei litis, o tai padeda plėtoti energijos kaupimo infrastruktūrą. Kadangi natrio jonų baterijos gali naudoti natrio jonus kaip krūvio nešėjus, jos yra ekologiškesnės ir gali palengvinti litio išteklių naudojimą, kurie priklauso tik kelioms šalims su ribota tiekimo grandine.
Ekologiniai privalumai: Žalesnis energijos kelias
Viena iš natrio jonų baterijų privalumų yra sumažintas poveikis aplinkai. Pavyzdžiui, litio gavyba reikalauja daug vandens ir vyksta dykumose, tokiose kaip Čilės Atakamos dykuma, kur litio kasyklos išsemia vandens atsargas ir užteršia dirvą. Tuo tarpu natrio gavimas per jūros vandens desalinavimą ar druskos kasyklas yra žymiai paprastesnis ir mažiau invazinis procesas, be to, išskiria mažiau anglies. Be to, natrio jonų baterijų gamybos procese naudojama mažiau toksiškų chemikalų, todėl mažėja užteršimo rizika gamybos metu. Lyginant su litio jonų baterijomis, natrio jonų baterijos turi geresnę terminę stabilumą, todėl sumažėja termobegimo ir gaisrų rizika. Tai palengvina perdirbimą ir mažina aplinkos žalą baigus eksploataciją. Šie privalumai skatina natrio jonų baterijų naudojimą energijos kaupimui didelėmis apimtimis, tuo pačiu prisidedant prie iniciatyvų, siekiančių sumažinti angliarūgšties pėdsaką.
Našumo proveržiai: artėjama prie litio technologijų
Dėl naujų pasiekimų medžiagų moksle natrio jonų baterijų ir litio baterijų našumo skirtumai sumažėjo. Ankstesnėms NIB versijoms buvo būdingos problemos dėl energijos tankio ir ciklo gyvenimo trukmės, tačiau šiuolaikinės inovacijos leido įveikti šias problemas. Mokslininkai sukūrė aukšto našumo katodus – tie sluoksniuotus perėjimo metalų oksidus, tie Prusijos mėlynės analogus, kurie padidina natrio jonų judumą ir pakelia energijos tankį iki 160–200 Wh/kg, kas yra pakankama daugeliui stacionarių saugojimo poreikių. Kietieji anglies anodai, gaminami iš biomasės arba sintetinių šaltinių, užtikrina stabilų natrio jonų interkalavimą, todėl laboratorinėmis sąlygoms ciklo gyvenimo trukmė padidėjo virš 3000 įkrovos-iškrovos ciklų. Šios patobulinimai leidžia NIB naudoti įvairioms aplikacijoms, įskaitant integruotus rezidencinius energijos kaupimo sistemas bei patikimus komercinių pastatų atsarginius energijos šaltinius. Be to, NIB puikiai veikia ekstremaliomis temperatūromis – nuo -20°C šalčio iki 60°C karščio be funkcionalumo praradimo. Tai leidžia jas naudoti platybėje klimato sąlygų – nuo poliarinių iki dykumų regionų.
Natrio jonų baterijų technologija: lenktyniavimas dėl komercinio pritaikymo
Natrio jonų baterijų (SIB) technologijos srityje keli gamintojai ir mokslinių tyrimų centrai jau dirba siekdami jos komercinio pritaikymo. Kinijos įmonės, ypač CATL ir BYD, planuoja pradėti SIB masinę gamybą iki 2025 metų energijos kaupimo sistemoms ir biudžetinėms elektrinėms transporto priemonėms. Europos startuoliai, tokie kaip Tiamat Energy, koncentruojasi ties tinklo masto taikymu ir bendradarbiauja su energetikos įmonėmis, kad natrio jonų baterijas panaudotų atsinaujinančios energijos projektuose. Šie veiksmai grindžiami tuo, kad natrio jonų baterijos lengviau plečiamos nei litio jonų baterijos. Energetikos įmonės ypač domisi SIB naudojimu elektros tinklų energijos kaupimui, nes šios baterijos reikalingos norint subalansuoti periodiškai prieinamą saulės ir vėjo energiją. Nuosekliose vietovėse SIB padeda pagerinti energijos prieigą ir darnumą, nes jas galima gauti vietiniu būdu, o ne vežti kaip litio pagrindu pagamintas baterijas. Ateitis: augimas link darnaus požiūrio
Ateities natrio jonų baterijų plėtra priklauso nuo daugiau mokslinių tyrimų ir geresnių politikos sprendimų, kurie jas paremtų. JAV per Energetikos departamentą vykdomas naujų baterijų gamybos projektas bei Europoje vykdoma natrio jonų baterijų iniciatyva finansuoja projektus, kurių tikslas – tolesnis SIB našumo ir kainos gerinimas. Pramonės ekspertai prognozuoja, kad iki 2030 metų natrio jonų baterijos užims 20–30 % stacionariųjų energijos kaupimo rinkos dalį, o jų kaina sieks maždaug 50 dolerių už kilovatvalandę, kas yra labai konkurencinga lyginant su litio jonų baterijomis. Gaminimo procesų optimizavimas ir stabilus aukštos grynumo natrio tiekimas vis dar yra abejotinas ir nepasiekiamas. Tačiau vienas dalykas neabejotinas – SIB sritis turi didelį inercinį judrą. Dėl nuolat augančios atsinaujinančios energijos gamybos atsiras skubi būtinybė po pigius ir atsinaujinančius saugojimo sprendimus, kuriuos natrio jonų baterijos gali patenkinti. Jų pagrindinis panaudojimas stacionariuose energijos kaupimo sistemose papildys esamas litio jonų baterijas elektriniuose automobiliais, leidžiant sukurti subalansuotą perėjimą prie įvairesnės baterijų ekosistemos.
Apibendrinant, natrio jonų baterija tapo revoliuciniu novatoriumi energijos kaupimo technologijoje. Jos pigesnės, paprastesnės gaminti ir naudingesnės nei litio jonų baterijos. Jų didėjanti veiksmingumo vertė ir mažesnė kaina už vieną panaudojimą suteikia dar vieną pridėtinę naudą jų plačiajam diegimui. Kol šios baterijos bus tobulinamos ir taps įprastesnėmis, jos reikšmingai padės mūsų siekyje užtikrinti nebrangią ir patikimą žaliąją energiją ateityje.