Je skladování energie v sodíkových ionech další velkou příležitostí?

Je zřejmé, že strop pro nový energetický sektor je vyšší, než se očekávalo, a kapitál stále proudí, zřejmě v hledání další „moderní technologie Amperex“ nebo „BYD“.

Přehled
Sodík-iontové baterie (označované jako „sodíkové baterie“) jsou typem dobíjecích baterií, které fungují na principu přenosu sodíkových iontů mezi katodou a anodou během nabíjení a vybíjení. Jejich princip fungování a struktura jsou podobné široce používaným lithium-iontovým bateriím.

Sodík i lithium patří do stejné skupiny prvků a vykazují podobné elektrochemické chování při nabíjení a vybíjení typu „houpací křeslo“. Během nabíjení sodíkovo-iontové baterie se ionty sodíku oddělují od katody a vkládají se do anody, zatímco elektrony putují externím obvodem. Čím více iontů sodíku je v anodě, tím vyšší je nabíjecí kapacita. Naopak během vybíjení se ionty sodíku vracejí z anody na katodu, čímž se zvyšuje vybíjecí kapacita, protože se více iontů sodíku pohybuje zpět.

Princip fungování
Princip fungování sodíkových iontových baterií je podobný principu lithium-iontových baterií, kdy se za účelem přenosu náboje vkládají a vyjímají sodíkové ionty. Během vybíjení sodíkové ionty opouštějí materiál anody a vstupují do materiálu katody, přičemž elektrony proudí z anody ke katodě a uvolňují energii.

Během nabíjení se ionty sodíku oddělují od materiálu katody a přes elektrolyt přecházejí do materiálu anody, zatímco elektrony proudí do materiálu anody přes externí obvod. V ideálním případě by vkládání a vybíjení iontů během nabíjení a vybíjení nemělo měnit strukturu materiálu ani způsobovat vedlejší reakce s elektrolytem. Současná technologie však čelí výzvám kvůli většímu poloměru iontů sodíku, což vede ke změnám struktury materiálu během vkládání iontů, což má za následek snížený výkon a stabilitu cyklu.

Výhody
Hustota energie:Sodík-iontové bateriové články mají typicky energetickou hustotu 100–150 Wh/kg, zatímco lithium-iontové bateriové články se obecně pohybují v rozmezí 120–200 Wh/kg, přičemž ternární systémy s vysokým obsahem niklu přesahují 200 Wh/kg. Ačkoli sodíkovo-iontové baterie mají v současnosti nižší energetickou hustotu ve srovnání s ternárními lithiovými bateriemi, mohou se částečně překrývat nebo pokrýt rozsah energetické hustoty lithium-železitophosfátových baterií (120–200 Wh/kg) a olověných baterií (30–50 Wh/kg).

Rozsah provozních teplot a bezpečnost:Sodík-iontové baterie fungují v širokém teplotním rozsahu, obvykle od -40 °C do 80 °C. Naproti tomu ternární lithium-iontové baterie obvykle fungují mezi -20 °C a 60 °C, přičemž jejich výkon klesá pod 0 °C. Sodík-iontové baterie si dokáží udržet více než 80 % stavu nabití (SOC) při -20 °C. Navíc díky vyššímu vnitřnímu odporu jsou sodíkové baterie méně náchylné k zahřívání při zkratech, což nabízí větší bezpečnost ve srovnání s lithium-iontovými bateriemi.

Výkonnostní sazba:Výkon nabíjení a vybíjení sodíkovo-iontových baterií přímo souvisí s migrační schopností sodíkových iontů na rozhraní elektroda-elektrolyt. Faktory ovlivňující rychlost migrace iontů ovlivňují výkon baterie. Kromě toho je pro bezpečnost a životnost během vysokorychlostního nabíjení a vybíjení klíčová vnitřní rychlost odvodu tepla. Díky své krystalové struktuře vykazují sodíkovo-iontové baterie dobrý výkon, což je činí vhodnými pro skladování energie a rozsáhlé aplikace v oblasti napájení.

Rychlost nabíjení:Sodík-iontové baterie lze plně nabít přibližně za 10 minut, zatímco ternární lithiové baterie vyžadují nejméně 40 minut a lithium-železitophosfátové baterie potřebují přibližně 45 minut.

Klasifikace odvětví
Sodík-iontové baterie se dodávají v různých typech, včetně sodíkovo-sírových baterií, sodíkovo-solných baterií, sodíkovo-vzduchových baterií, vodných sodíkovo-iontových baterií, organických sodíkovo-iontových baterií a polovodičových sodíkovo-iontových baterií.