Naraščajoča pomembnost natrijevih ionskih baterij pri shranjevanju energije

Ob tem, da se svet premika proti obnovljivim virom energije, je potreba po rešitvah za shranjevanje energije dosegla novo raven pomembnosti. Razvoj natrijevih ionskih baterij ima potencial, da spremeni tovrstno pokrajino sistemov za shranjevanje energije. Ta objava razloži, zakaj pridobivajo natrijeve ionske baterije na popularnosti, njihove prednosti pred litijevimi baterijami in katero vlogo bodo igrali pri prihodnosti shranjevanja energije.

Zakaj Natrij: Pogostost in cenovna dostopnost

V primerjavi z LIB-ami so natrijeve ionske baterije (SIB) enako učinkovite, če ne celo boljše, saj je natrij cenejši in bolj razpoložljiv v primerjavi s litijem. Električna vozila in obnovljivi viri energije, ki poganjajo globalno povpraševanje, ustvarjajo nujno potrebo po alternativnih tehnologijah baterij. Natrij, še posebej šesti najbolj razprostranjen element na Zemlji, ne povzroča skrbi, saj ga je mogoče preprosto pridobiti iz solnih jezer, morske vode in celo določenih mineralov. Ta preprostost pridobivanja se neposredno odraža v nižjih stroških proizvodnje. Natrijevi materiali so običajno za 30–50 % cenejši od litija, kar pomaga pri povečanju infrastrukture za shranjevanje energije. Ker lahko natrijeve ionske baterije uporabljajo natrijeve ione kot nosilce naboja, so okolju bolj prijazne in lahko zmanjšajo obremenjenost litijevih virov, povezanih s posameznimi državami z redkimi dobavnimi verigami.

Okoljske prednosti: Zelenejša pot do energije

Zmanjšanje vplivov na okolje je ena od prednosti natrijevih ionskih baterij. Na primer, pridobivanje litija zahteva veliko vode pri rudarjenju v mestih, kot je atacamska puščava v Čilu, kjer rudarjenje litija izčrpa vodne zaloge in onesnaži tla. V nasprotju s tem je pridobivanje natrija prek razsoljevanja morske vode ali rudarjenja soli precej enostavnejše in manj invazivno, poleg tega pa oddaja manj ogljikovega dioksida. Prav tako proizvodnja natrijevih ionskih baterij uporablja manj toksičnih kemikalij, kar zmanjšuje tveganje za onesnaženje med procesom proizvodnje. V primerjavi z litijevimi ionskimi baterijami imajo natrijeve ionske baterije boljšo termalno stabilnost, zaradi česar se zmanjša možnost termičnega ubežanja in požarov. To poenostavi recikliranje in zmanjša okoljsko škodo ob koncu življenjske dobe. Te prednosti podpirajo uporabo natrijevih ionskih baterij za omogočanje shranjevanja energije v večjih količinah ter spodbujajo pobude za zmanjšanje ogljikovem odtisa.

Raziskovalni preboji: Zmanjšanje razlike s litijem

Razlike v zmogljivosti med natrijevimi in litijevimi baterijami so se zaradi novih razvojnih dosežkov na področju materialov zmanjšale. Zgodnje natrijeve baterije (SIB) so imele težave z energijsko gostoto in življenjsko dobo, vendar so sodobne inovacije te probleme odpravile. Raziskovalci so razvili visoko zmogljive katode, tako slojne prehodne kovinske okside kot analoge pruskoroj modre, ki povečajo mobilnost natrijevih ionov in dvignejo energijsko gostoto na približno 160 do 200 Wh/kg, kar je ustrezno za številne stacionarne sisteme za shranjevanje energije. Anodi iz trdega ogljika, ki so izdelani bodisi iz biomase bodisi iz sintetičnih virov, omogočajo stabilno interkalacijo natrijevih ionov, zato je življenjska doba v laboratorijskih pogojih narasla na več kot 3000 ciklov polnjenja-razpajanja. Ti izboljšani lastnosti omogočajo uporabo SIB-ov v številnih aplikacijah, vključno s celicami za shranjevanje energije v gospodinjstvih ter zanesljivo rezervno napetostjo za komercialne objekte. Poleg tega SIB-ovi kažejo odlično zmogljivost pri ekstremnih temperaturah, delujejo brez izgube funkcionalnosti tudi pri zmrzovanju do -20°C in segrevanju do 60°C. Zaradi tega so primerni za uporabo v najrazličnejših podnebnih razmerah, od polarnih do puščavnih območij.

Tehnologija baterij z natrijevimi ioni: Tekma proti komercializaciji

V svetu tehnologije natrijevih ionskih baterij (SIB) že zdaj več proizvajalcev in raziskovalnih centrov deluje v smer komercialne uporabnosti. Kitajske podjetja, zlasti CATL in BYD, načrtujejo začetek serijske proizvodnje SIB-ov do leta 2025 za uporabo v sistemih za shranjevanje energije ter v cenovno dostopnih električnih vozilih. Evropski startapi, kot je Tiamat Energy, se osredotočajo na uporabo v mrežnih sistemih in sodelujejo z energetskimi podjetji pri uporabi natrijevih ionskih baterij v projektih obnovljivih virov energije. Te pobude izvirajo iz dejstva, da so natrijeve ionske baterije lažje povečljive v primerjavi s litijevimi ionskimi baterijami. Energetska podjetja so še posebej zainteresirana za uporabo SIB-ov za shranjevanje energije na omrežju, saj so te baterije potrebne za uravnoteženje nezanesljivo dostopne sončne in vetrne energije. V oddaljenih regijah SIB-i izboljšujejo dostopnost in trajnostnost energije, ker jih je mogoče pridobiti lokalno namesto jih prevažati kot litijeve baterije. Prihodnost: Rast proti trajnostni perspektivi

Prihodnji razvoj natrijevih ionskih baterij je odvisen od dodatnih raziskav in boljših politik, ki bi jih podpirale. V Združenih državah poteka gradnja nove tovarne za proizvodnjo baterij prek oddelka za energijo, medtem ko evropska pobuda za natrijeve ionске baterije financira projekte, katere cilj je nadaljnji razvoj zmogljivosti in cene SIB. Strokovnjaki ocenjujejo, da bodo do leta 2030 natrijeve ionske baterije pridobile 20-30 % trga s stacionarnim shranjevanjem energije, cena pa bo okoli 50 dolarjev na kWh, kar je zelo konkurenčno v primerjavi z litijevimi ionскими baterijami. Optimizacija proizvodnih procesov in zagotavljanje stabilne oskrbe z visokokakovostnim natrijem sta še vedno vprašljiva in nedosegljiva. Toda eno je nedvomno – za SIB-i obstaja velik impulz. Ob nenehnem povečevanju proizvodnje obnovljive energije bo kmalu nastala nujna potreba po poceni in trajnostni rešitvi za shranjevanje, katero bodo natrijeve ionske baterije sposobne izpolniti. Njihova primarna uporaba v sistemih stacionarnega shranjevanja energije dopolnjuje obstoječe litijeve ionske baterije v električnih vozilih in omogoča uravnotežen prehod v smer večje raznolikosti baterijskega ekosistema.

Povzamimo, da je baterija z natrijevim ionom postala revolucionarna inovacija na področju tehnologije shranjevanja energije. Cenejše so, lažje za proizvodnjo in bolj uporabne kot njihovi litijevi kolegi. Naraščajoča učinkovitost in nižja vrednost v dolarjih na uporabo zagotavljata dodatno prednost za njihovo široko uporabo. Ko bodo te baterije dozorele in postale bolj pogoste, bodo znatno pomagale pri našem poskusu zagotavljanja nizkocenovne in zanesljive zelene energije za prihodnost.