On ilmne, et uue energiasektori lagi on oodatust kõrgem, kusjuures kapital voolab endiselt sisse, otsides ilmselt järgmist "kaasaegset Amperexi tehnoloogiat" ehk "BYD-d".
Ülevaade
Naatriumioonakud (edaspidi "naatriumakud") on laetavate patareide tüüp, mis töötab naatriumioonide katoodi ja anoodi vahel laadimise ja tühjenemise ajal transportimise teel. Nende tööpõhimõte ja struktuur on sarnased laialdaselt kasutatavate liitiumioonakudega.
Nii naatrium kui ka liitium kuuluvad samasse elementide rühma ning neil on sarnane "kiiktooli" elektrokeemiline laadimis- ja tühjenemiskäitumine. Naatriumioonaku laadimise käigus eralduvad naatriumioonid katoodilt ja kinnistuvad anoodi, samal ajal kui elektronid liiguvad läbi välise vooluringi. Mida rohkem naatriumioone on anoodi sisse kinnitunud, seda suurem on laadimismaht. Seevastu tühjenemise ajal naasevad naatriumioonid anoodilt katoodile, suurendades tühjendusmahtu, kui rohkem naatriumioone tagasi liigub.
Tööpõhimõte
Naatriumioonakude tööpõhimõte sarnaneb liitiumioonakude omaga, hõlmates naatriumioonide sisestamist ja eemaldamist laenguülekande saavutamiseks. Tühjendamise ajal väljuvad naatriumioonid anoodimaterjalist ja sisenevad katoodimaterjali, elektronid voolavad anoodilt katoodile, vabastades energiat.
Laadimise ajal eralduvad naatriumioonid katoodimaterjalist ja liiguvad elektrolüüdi kaudu anoodimaterjali, samal ajal kui elektronid voolavad anoodimaterjali välise vooluringi kaudu. Ideaalis ei tohiks ioonide sisestamine ja eemaldamine laadimise ja tühjendamise ajal muuta materjali struktuuri ega põhjustada elektrolüüdiga kõrvalreaktsioone. Praegune tehnoloogia seisab aga silmitsi väljakutsetega naatriumioonide suurema raadiuse tõttu, mis viib ioonide sisestamise ajal materjali struktuuri muutusteni, mille tulemuseks on tsükli jõudluse ja stabiilsuse vähenemine.
Eelised
Energiatihedus:Naatriumioonakudel on tavaliselt energiatihedus 100–150 Wh/kg, liitiumioonakudel aga üldiselt 120–200 Wh/kg, kusjuures kõrge niklisisaldusega kolmiksüsteemidel ületab see 200 Wh/kg. Kuigi naatriumioonakudel on praegu kolmik-liitiumakudega võrreldes madalam energiatihedus, võivad need osaliselt kattuda liitium-raudfosfaatakude (120–200 Wh/kg) ja pliiakude (30–50 Wh/kg) energiatiheduse vahemikuga või seda katta.
Töötemperatuuri vahemik ja ohutus:Naatriumioonakud töötavad laias temperatuurivahemikus, tavaliselt -40 °C kuni 80 °C. Seevastu kolmekomponendilised liitiumioonakud töötavad tavaliselt temperatuurivahemikus -20 °C kuni 60 °C, kusjuures jõudlus langeb alla 0 °C. Naatriumioonakud suudavad säilitada üle 80% laetuse astme temperatuuril -20 °C. Lisaks on naatriumioonakud suurema sisetakistuse tõttu lühiste ajal vähem kuumenenud, pakkudes liitiumioonakudega võrreldes suuremat ohutust.
Hinnanguline tulemus:Naatriumioonakude laadimis- ja tühjenemiskiirus on otseselt seotud naatriumioonide migratsioonivõimega elektroodi ja elektrolüüdi liidesel. Ioonide migratsiooni kiirust mõjutavad tegurid mõjutavad aku kiirust. Lisaks on sisemine soojuse hajumise kiirus ülioluline ohutuse ja eluea tagamiseks kiire laadimise ja tühjenemise ajal. Tänu oma kristallstruktuurile on naatriumioonakudel hea kiirus, mistõttu need sobivad energia salvestamiseks ja suuremahuliste toiteallikate rakenduste jaoks.
Laadimiskiirus:Naatriumioonakusid saab täielikult laadida umbes 10 minutiga, samas kui kolmekomponentsed liitiumakud vajavad vähemalt 40 minutit ja liitium-raudfosfaatakud umbes 45 minutit.
Tööstusharu klassifikatsioon
Naatriumioonakusid on erinevat tüüpi, sealhulgas naatrium-väävliakud, naatriumsoolaakud, naatrium-õhuakud, naatriumioonakud vesilahuses, orgaanilised naatriumioonakud ja tahkis-naatriumioonakud.
Energia salvestamise sektoris on peamisteks kaubanduslikult kasutatavateks naatriumakude hulka kõrge temperatuuriga naatrium-väävliakud ja tahke elektrolüüdi süsteemidel põhinevad naatrium-metallkloriidakud. Need süsteemid kasutavad aktiivse anoodimaterjalina metallilist naatriumi, täpsemalt nimetatakse neid naatriumakudeks. Tavaliselt viitab termin naatriumioonaku kolmele viimasele tüübile.
Naatrium-väävli akud:Need kasutavad anoodina sulatatud vedelat naatriumi ja katoodina elementaarset väävlit ning elektrolüüdina ja separaatorina tahket keraamilist Al₂O₃. Naatrium-väävliakudel on kõrge erienergia.
Naatriumsoola patareid:Need kasutavad anoodina vedelat naatriumi ja katoodina metallkloriidmaterjale ning elektrolüüdina Na+ juhti Al2O3 keraamikat.
Naatrium-õhk patareid:Katoodis kasutatakse tavaliselt poorseid materjale, mis pakuvad gaasi difusiooni teid ja elektroodide reaktsioonide kohti materjali poorsuse tõttu.
Orgaanilised naatriumioonakud:Anoodina kasutatakse kõva süsinikku või naatriumiga interkaleeritud materjale, katoodmaterjalide hulka kuuluvad siirdemetallide oksiidid ja polüanioonsed ühendid.
Naatriumioonvesinikpatareid:Võrreldes orgaaniliste elektrolüütidega akudega kasutavad naatriumioonakud erinevaid elektrolüüte, pakkudes paremat ohutust.
