Rosnące znaczenie baterii jonowo-sodowych w magazynowaniu energii

Wraz ze światową tendencją do wykorzystywania odnawialnych źródeł energii, zapotrzebowanie na skuteczne rozwiązania do jej magazynowania osiągnęło nowy poziom priorytetowości. Rozwój baterii jonowo-sodowych może zrewolucjonizować obecny rynek systemów magazynowania energii. W tym artykule wyjaśniamy, dlaczego baterie jonowo-sodowe zdobywają popularność, jakie mają przewagi nad bateriami litowo-żelazowymi oraz jaką rolę będą odgrywać w przyszłości magazynowania energii.

Argumenty za zastosowaniem sodu: dostępność i przystępna cena

W porównaniu z akumulatorami litowymi (LIB), akumulatory sodowe (SIB) są równie skuteczne, a nawet bardziej, biorąc pod uwagę niższy koszt i większą dostępność sodu w stosunku do litu. Główne zastosowania, takie jak pojazdy elektryczne i źródła energii odnawialnej, napędzają globalne zapotrzebowanie, co stawia pilną potrzebę poszukiwania alternatywnych technologii baterii. Sód, który jest szóstym co do ilości pierwiastkiem na Ziemi, nie budzi obaw, ponieważ może być łatwo pozyskiwany z jezior solnych, wody morskiej, a nawet niektórych minerałów. Łatwość pozyskiwania przekłada się bezpośrednio na niższe koszty produkcji. Materiały oparte na sodzie są zazwyczaj o 30–50% tańsze niż lit, co sprzyja rozbudowie infrastruktury magazynowania energii. Baterie sodowo-jonowe mogą bowiem wykorzystywać jony sodu jako nośniki ładunku, są bardziej przyjazne środowisku i mogą złagodzić presję na zasoby litu ograniczone do krajów o ograniczonych łańcuchach dostaw.

Zalety środowiskowe: Zielonej energii droga

Zmniejszenie oddziaływania na środowisko to jedna z zalet baterii sodowych. Wydobycie litu, na przykład w suchych regionach takich jak pustynia Atacama w Chile, wymaga dużego zużycia wody i negatywnie wpływa na dostęp do wody oraz zanieczyszcza glebę. Natomiast pozyskiwanie sodu poprzez odparowanie wody morskiej lub eksploatację soli jest znacznie prostsze i mniej inwazyjne, a także generuje mniejsze emisje węgla. Co więcej, proces produkcji baterii sodowych wykorzystuje mniej toksycznych chemikaliów, co zmniejsza ryzyko zanieczyszczenia podczas ich wytwarzania. W porównaniu z bateriami litowo-jonowymi, baterie sodowe charakteryzują się lepszą stabilnością termiczną, co zmniejsza ryzyko niekontrolowanego wzrostu temperatury i pożarów. To ułatwia ich recykling i ogranicza szkodliwe skutki dla środowiska na końcu cyklu życia. Wszystkie te korzyści wspierają stosowanie baterii sodowych w rozwiązaniach umożliwiających magazynowanie energii na dużą skalę, wspomagając jednocześnie inicjatywy mające na celu redukcję śladu węglowego.

Udoskonalenia technologiczne: Zbliżenie się do poziomu technologii litowej

Rozbieżności w wydajności między bateriami sodowymi a litowymi zostały znacznie zmniejszone dzięki nowym osiągnięciom w dziedzinie nauki o materiałach. Wcześniejsze baterie sodowe (SIB) napotykały problemy związane z gęstością energii oraz cyklami życia, jednak współczesne innowacje potrafiły pokonać te trudności. Naukowcy opracowali wysokowydajne katody – zarówno warstwowe tlenki metali przejściowych, jak i analogi niebieskiego pruskiego – które zwiększają ruchliwość jonów sodu i podnoszą gęstość energii do około 160–200 Wh/kg, co jest wystarczające dla wielu zastosowań w magazynowaniu energii stacjonarnej. Anody z twardego węgla, pochodzące z biomasy lub syntetyczne, umożliwiają stabilną interkalację jonów sodu, dlatego też liczba cykli ładowania i rozładowania wzrosła do ponad 3000 cykli w warunkach laboratoryjnych. Te ulepszenia pozwalają na wykorzystanie baterii sodowych (SIB) w różnych aplikacjach, w tym w zintegrowanych systemach magazynowania energii w domach, a także jako niezawodne źródło energii rezerwowej w budynkach komercyjnych. Dodatkowo, SIB charakteryzują się doskonałą wydajnością w skrajnych temperaturach – od mrozu dochodzącego do -20°C aż po temperatury wzrastające do 60°C bez utraty funkcjonalności. Dzięki temu znajdują one zastosowanie w szerokim zakresie klimatów, od obszarów polarnych po rejony pustynne.

Technologia baterii jonowo-sodowych: wyścig do komercjalizacji

W dziedzinie technologii baterii sodowych (SIB), kilku producentów i ośrodków badawczych pracuje już nad ich opłacalną dostępnością. Chińskie firmy, w szczególności CATL i BYD, planują rozpocząć masową produkcję SIB do 2025 roku w celu wykorzystania ich w systemach magazynowania energii oraz w przystępnych cenowo pojazdach elektrycznych. Startupy z Europy, takie jak Tiamat Energy, koncentrują się na zastosowaniach na skalę sieciową i współpracują z przedsiębiorstwami energetycznymi, aby wykorzystać baterie sodowe w projektach związanych z energią odnawialną. Te działania wynikają z faktu, że baterie sodowe są łatwiejsze do skali niż baterie litowo-jonowe. Przedsiębiorstwa energetyczne szczególnie zainteresowane są stosowaniem SIB do magazynowania energii w sieci, ponieważ baterie te są potrzebne do uzdatniania sporadycznie dostępnej energii słonecznej i wiatrowej. W regionach oddalonych SIB poprawiają dostęp do energii i jej zrównoważony rozwój, ponieważ mogą być pozyskiwane lokalnie zamiast być przewożone, jak baterie litowe. Przyszłość: Rosnąc w kierunku zrównoważonej perspektywy

Przyszłe rozwój baterii jonowo-sodowych zależy od dodatkowych badań i lepszych polityk je wspierających. Budowa nowej fabryki produkcji baterii w Stanach Zjednoczonych, poprzez Departament Energii oraz inicjatywa dotycząca baterii sodowo-jonowych w Europie, finansują projekty zmierzające do dalszego ulepszania parametrów eksploatacyjnych i obniżenia kosztów SIB. Eksperti branżowi szacują, że 20–30% rynku stacjonarnych systemów magazynowania energii zostanie objęte przez baterie sodowo-jonowe do roku 2030, a cena osiągnie około 50 dolarów za kWh, co będzie bardzo konkurencyjne w porównaniu z bateriami litowo-jonowymi. Optymalizacja procesów produkcyjnych oraz zapewnienie stabilnego dostępu do wysokiej czystości sodu pozostaje wciąż problemem i nie jest jeszcze rozwiązana. Jednak jedno jest niezaprzeczalne – za SIB stoi ogromny pęd. Wraz z ciągłym wzrostem produkcji energii ze źródeł odnawialnych, pojawi się pilna potrzeba tanich i zrównoważonych rozwiązań magazynowania energii, którą baterie sodowo-jonowe są w stanie spełnić. Ich główne zastosowanie w stacjonarnych systemach magazynowania energii doskonale dopełnia istniejące baterie litowo-jonowe stosowane w pojazdach elektrycznych, umożliwiając bardziej zdywersyfikowany ekosystem baterii.

Podsumowując, baterie sodowe stały się przełomowym osiągnięciem w technologii przechowywania energii. Są tańsze, łatwiejsze do produkcji i bardziej przydatne niż ich odpowiedniki litowo-jonowe. Ich rosnąca skuteczność oraz niższa wartość dolar na jednostkę użytkowania stanowią kolejną zaletę sprzyjającą ich powszechnemu stosowaniu. W miarę dalszego doskonalenia tych baterii i zwiększania ich dostępności, znacząco ułatwią one nasze starania o dostarczanie taniej i niezawodnej energii zielonej w przyszłości.