Које предности имају батерије са натријум-јонима у односу на батерије са литијумом?

Obilje i dostupnost sirovina

Zastupljenost natrijuma i litijuma u zemljinoj kori

Natrijum se nalazi na šestom mestu na listi elemenata prisutnih u Zemljinoj kori, čineći oko 2,3% po težini. Litijum priča potpuno drugačiju priču, jer iznosi svega 0,006% prema podacima USGS-a iz 2023. godine. Razlika između ovih brojeva je ogromna – više od 380 puta veća kod natrijuma. A to je od velikog značaja kada govorimo o tehnologiji baterija. Ekstrakcija litijuma uključuje ili dugotrajne procese isparavanja rastvora ili zahtevne operacije rudarenja stena koje troše dosta energije. Jedinjenja natrijuma, međutim? One su svuda. Uzmimo natrijum-hlorid, na primer. Solana, okeani puni morske vode, čak i određeni sedimentni baseni sadrže obilne količine jedinjenja natrijuma. Ovi resursi nisu samo bogati, već su i znatno lakši za pristupiti u poređenju sa onim što je potrebno za proizvodnju litijuma.

Geografska raspodela i pristupačnost izvora natrijuma

Већина светског литијума долази из такозваног Литијумског троугла између Аргентине, Чилеа и Боливије. Само ове три земље чине око 58% свега доступног литијума према подацима Министарства енергетике из 2024. године. Натријум је међутим другачији. Ресурси натријума могу се наћи у отприлике 94 различите земље широм света, са значајним депозитима соли практично свуда где људи живе. Ова шира дистрибуција заправо чини натријум сигурнијим избором када су у питању геополитичка питања. Недавно смо имали проблема са скоковима цена литијума због тога што су јужноамеричке земље изненада ограничиле извоз. Пошто је натријум равномерније распоређен по планети, мања је вероватноћа да једна регија изазове светску недостатак или шок на тржишту цена.

Последице по отпорност глобалне снабдевачке мреже за батерије на бази натријум-јона

Natrijum je skoro svuda prisutan, što znači da proizvođači mogu organizovati lokalnu proizvodnju umesto da zavise od dugih i nestabilnih globalnih lanci snabdevanja s kojima smo se svi previše upoznali. Uzmimo litijum-jonske baterije kao primer – one zahtevaju sirovine koje se prevoze širom sveta, ponekad u proseku više od 10 hiljada milja. Tehnologija na bazi jona natrijuma funkcioniše drugačije jer može koristiti ono što je dostupno lokalno. Istraživanje sa MIT-a iz 2023. godine pokazalo je da ovaj pristup može smanjiti našu zavisnost od pojedinačnih izvora minerala otprilike za tri četvrtine. S obzirom na državne politike poput Zakona o smanjenju inflacije, koji podstiču kompanije da obezbeđuju sirovine unutar zemlje, tehnologija na bazi jona natrijuma izgleda kao da će ozbiljno promeniti način skladištenja energije u narednih desetak godina.

Efikasnost po ceni i smanjena zavisnost od kritičnih minerala

Trendovi cena litijum-karbonata u odnosu na natrijum-karbonat

Цене литијум карбоната су скочиле на 74.000 долара по тони 2022. године, пре него што су пале на 20.300 долара по тони 2024. године, што одражава екстремну волатилност тржишта. Натријум карбонат, напротив, остаје стабилан око 320 долара по тони због обилних резерви и нискотрошковне екстракције. Ова разлика у ценама од 60:1 пружа јаку економску основу за производњу батерија на бази натријума.

Упоредни трошкови материјала између батерија на бази натријума и литијум-јонских батерија

Батерије са јонима натријума замењују бакар алуминијумом у својим компонентама збирника струје, чиме смањују трошкове материјала око 34%. Ако посматрамо стварне бројке, стандардни пакет од 60kWh направљен са технологијом натријума кошта око 940 долара у сировим материјалима, док слични литијумски пакети коштају блиско 1.420 долара, према подацима Energy Storage Insights из прошле године. Трговина је такође имала драстичне осцилације — цени литијума су скочиле скоро троструко између 2020. и сада, док је цена натријума остала релативно стабилна са само око 12% флуктуације. То значи да системи засновани на натријуму одмах доносе стварне уштеде и задржавају ту предност и током времена.

Смањена зависност од критичних минерала као што су кобалт и никл

Батерије са јонима натријума функционишу другачије од оних заснованих на литијуму, јер не захтевају кобалт, од кога већина (око 70%) потиче из Демократске Републике Конго. Такође се избегава потреба за огромним количинама никла, од којих се скоро половина добија у Индонезији. Према најновијем Извештају о критичним минералима за 2025. годину, Кина има масивну доминацију у преради литијума од око 85%, али када је у питању производња ресурса заснованих на натријуму, њихов удео опада на само 23%. Ова разлика ствара могућности за компаније које желе да смање ризик у својим ланцима снабдевања, не ослањајући се толико на јединоставне изворе.

Анализа контроверзе: Да ли су штедње на дугорочном нивоу преувеличане?

Неки истичу да батерије на натријум јоне имају проблем са нижом густином енергије, што значи веће инсталације у целини, па ти уштеди можда нису толико велике колико се надамо. Са друге стране, постоје нови дизајни који користе делове засноване на сумпору и они изгледа побољшавају перформансе без жртвовања стандарда безбедности. Када се посматрају примене на великим мрежама где простор није велики проблем, већина процена указује на уштеду од око 18 до можда 22 процента у трошковима током целокупног века трајања, чак и уз све те првобитне изазове повезане са повећањем производње.

Poboljšana Bezbednost i Termodinamička Stabilnost

Нижи ризик од термалног развоја код батерија на натријум јоне у односу на батерије на литијум јоне

Када је у питању отпорност на топлоту, батерије на бази натријума заправо имају бољу отпорност на топлотни учинак у поређењу са оним досадним литијумским батеријама које сви тако добро познајемо. Према истраживању објављеном у часопису Journal of Power Sources прошле године, ове натријумске ћелије могу поднети радне температуре које су отприлике 20 до чак 30 процената више пре него што ствари постану опасне. Зашто? Па, натријум не реагује тако интензивно са материјалима електролита унутар батерије, што значи да се када дође до проблема, као што је прекомерно пуњење или физичко оштећење батерије, јавља мање опасних хемијских реакција које производе топлоту. Узмимо за пример ћелије на бази литијум-фосфата — обично улазе у топлотни учинак на око 210 степени Целзијуса, док натријумске верзије остају прилично спокойне и контролисане изнад 250 степени, без појаве ланчаних реакција или кварова.

Урођена електрохемијска стабилност хемијских састојака заснованих на натријуму

Већа величина јона натријума (око 0,95 ангстрема у поређењу са литијумових 0,6 ангстрема) значи да се они лакше крећу кроз електроде батерије, што помаже у смањивању опасних дендрита који се формирају током времена. Истраживање објављено у часопису Nature Materials још 2022. године показало је нешто занимљиво: ћелије на бази јона натријума имале су за око 40 процената мање унутрашњих кратких спојева приликом брзог пуњења у поређењу са својим литијумским аналогама. Још једна велика предност долази од потpunog одустајања од кобалта, јер је овај елемент делимично одговоран за то што се литијумске батерије понекад запале. Без кобалта у смеси, технологија на бази јона натријума постаје природно много безбеднија од самог почетка.

Студија случаја: Резултати тестова безбедности водећих произвођача натријум-јонских батерија

Тестови према стандарду УН38.3 показали су нешто занимљиво о ћелијама са натријум-јонима кад су изложени продирању ексером. Чак и у случају квара, задржавале су температуру површине испод 60 степени Целзијуса, док су литијум-НМЦ ћелије достизале много више температуре, преко 180 степени. Што је још важније, пакети батерија са натријум-јонима задржали су 98 процената своје оригиналне капацитете након 500 циклуса пуњења и празњења на 45 степени Целзијуса. То је знатно боље од литијумских батерија, које су у сличним условима задржале око 85% капацитета. Разматрање ових бројки чини прилично јасним зашто би технологија са натријум-јонима могла бити боље прилагођена ситуацијама у којима активно управљање топлотом није изводљиво или би било превише скупо.

Тренд: Повећана регулаторна пажња на безбедност батерија у микромобилима и стационарним системима за складиштење

Измењене регулаторне одредбе ЕУ о батеријама (2024) сада захтевају сертификат треће стране за отпорност топлотног развоја код стационарних система складиштења, што утиче на повољније технологије као што су натријум-јонске. Аналитичари предвиђају повећање употребе базираних на натријуму за 300% до 2030. године, подстакнуто стандардима безбедности од пожара у градским станицама за пуњење микромобила и становним системима соларне енергије са складиштењем.

Eкологичнe и oдрживoсne пobунарe

Мањи угљенични отисак приликом добијања сировина

Емисија угљеника код батерија на бази натријум-јона пада око 54% у фази екстракције сировина у поређењу са литијумским аналогима, како показују недавне студије из 2023. године о животном циклусу. Екстракција натријум карбоната захтева много мање енергије и водних ресурса него што је потребно за литијум, где компаније често користе огромне испаривачке базене који могу потрошити око пола милиона галона воде само да би произвели једну тону литијума. Још већа предност је то што добијање натријума из морске воде смањује штету по земљиште за око 37%, према извештају Глобалног индекса одрживе рударске индустрије из прошле године. Ове еколошке предности чине технологију натријум-јон све привлачнијом за одржива примене.

Могућност рециклаже и управљање након истека употребног века натријум-јонских ћелија

Одсуство кобалта и никла поједностављује процес рециклаже. Тренутни процеси омогућавају враћање 92% материјала од ћелија заснованих на јонима натријума у односу на 78% код оних заснованих на јонима литијума, захваљујући нетоксичним алуминијумским струјним прикупљачима и катодама заснованим на гвожђу које спречавају опасно исешавање. Затворени системи се тренутно уводе ради директног повраћаја сољи натријума ради поновне употребе у новим батеријама.

Показатељи одрживости у поређењу са аналогним решењима заснованим на литијум-јонима

Литијум-јонске батерије дефинитивно имају више снаге када је реч о густини енергије која се налази око 200 до 250 Втх по кг у поређењу са само 100 до 160 Втх по кг за друге опције. Али када погледамо показатеље одрживости као што је количина воде која се користи у производњи сваког кВтц, да ли материјали долазе из етичких извора, и шта се дешава са њима када уђу на депоне, натријум-ионски системи заправо раде око 40 одсто боље према недавним студијама. Како правила Европске уније стављају више нагласа на процене утицаја на животну средину, многе компаније почињу да виде натријум-јонску технологију као своје решење посебно за ствари као што су складиштење обновљиве енергије у електричним мрежама и напајање оних малих електричних аутомобила у комшилу које смо видели с

Перформансе, производња и прикладна погодност

Капацитет брзе пуњења и перформансе на ниске температуре натријум-ионских батерија

Батерије са јонима натријума изузетно добро функционишу у екстремним температурама. Чак и на минус 20 степени Celziјуса, ове батерије задржавају око 85 процената своје капацитивности полупуњења, према подацима из Energy Storage Journal прошле године. Упоредите то са литијумским батеријама које тек достигну 60% у сличним условима. За подручја где су зиме веома сурове или за мала електрична возила која раде у хладнијим климама, јони натријума постају све привлачнија опција. Постоји још једна предност вредна помена – њихова способност да воде јоне изузетно ефикасно значи да се могу пунити око 25% брже од обичних ћелија литијум-гвожђе-фосфата. Таква брзина има велики значај за електродистрибутивне мреже којима су потребни брзи одговори у периодима вршног оптерећења.

Компромис: Упоређење густине енергије између батерија са јонима натријума и литијум-јонских батерија

Батерије са јонима натријума обично имају око 150 Wh/kg у данашње време, што значи да имају отприлике 60 одсто капацитета најбољих литијумских ћелија. Међутим, ствари се брзо мењају због неких недавних прорива у развоју катодних материјала. Према часопису Materials Today из прошле године, разлика у перформансама се у лабораторијским прототиповима смањила на око 30 одсто. Када је реч о великим стационарним инсталацијама као што су објекти за складиштење енергије у мрежи, нижа густина енергије није толики проблем јер ограничења простора нису толико строга. Национални лабораторија за обновљиву енергију је такође спровела испитивања и установила да технологија са јонима натријума довољно добро функционише за скоро девет од десет великих система за складиштење енергије широм земље у тренутним условима.

Сличан дизајн и процеси производње који омогућавају поновну употребу инфраструктуре

Proizvođači baterija mogu prilagoditi 70–80% postojećih linija za proizvodnju litijum-jonskih ćelija za izradu natrijum-jonskih ćelija, čime se smanjuju kapitalni troškovi do 40%. Prelazak koristi zajedničke procese uključujući pripremu elektrodne kaše, opremu za formiranje i arhitekture sistema za upravljanje baterijama.

Adaptacija linija za proizvodnju za izradu natrijum-jonskih ćelija

Velike fabrike baterija u Aziji završile su adaptaciju za 6–9 meseci — znatno brže od 24+ meseca potrebnih za nove litijumove objekte. Prema Izveštaju o proizvodnji čiste energije iz 2023. godine, ponovno korišćena infrastruktura donosi uštedu od 18 USD/MWh, ubrzavajući globalni kapacitet natrijum-jonskih baterija na 200 GWh do 2025. godine.

Primena u energetskim sistemima velikih razmera, mikroautomobilima i tržištima u razvoju

Са веком трајања од 92% у односу на литијумске алтернативе, батерије засноване на натријум-јонима доминирају новим понудама за складиштење енергије у мрежи трајања 4–8 сата. Њихова отпорност на топлоту и предности у погледу безбедности посебно су важне у земљама у развоју. У Југоисточној Азији, употреба микромобила који користе технологију натријум-јона годишње расте за 300% од 2021. године, подстакнута смањеном потребом за хлађењем и побољшаном радном безбедношћу.

Često postavljana pitanja

Како доступност натријума у земљиној кори доприноси производњи батерија?

Натријум је доступнији и лакше доступан у поређењу са литијумом, због чега је производња батерија заснованих на натријум-јонима економичнија и мање оптерећује животну средину, због једноставнијих процеса екстракције.

Зашто се батерије засноване на натријум-јонима сматрају геополитички стабилнијим?

Ресурси натријума су широм света равномерно распоређени, чиме се смањује ризик од прекида снабдевања који је уобичајен у регионима са концентрисаним депозитима литијума.

Које су економске предности коришћења батерија заснованих на натријум-јонима у односу на батерије засноване на литијум-јонима?

Батерије са натријум-јонима имају ниже трошкове материјала због обиља и стабилности цена натријума, што пружа економичну алтернативу литијум-јонским батеријама, посебно како се производња натријум-јонских батерија проширује.

Да ли су батерије са натријум-јонима безбедније од литијум-јонских батерија?

Да, батерије са натријум-јонима имају бољу термалну стабилност и мање ризике од термалног усклађивања, због чега су безбедније за примену као што су микромобили и стационарни системи за складиштење.