On selvää, että uuden energiasektorin katto on odotettua korkeampi, ja pääomaa virtaa edelleen sisään, ilmeisesti etsien seuraavaa "nykyaikaista Amperex-teknologiaa" tai "BYD:tä".
Yleiskatsaus
Natriumioniakut (joita kutsutaan natriumakuiksi) ovat ladattavia akkuja, jotka toimivat siirtämällä natriumioneja katodin ja anodin välillä latauksen ja purkauksen aikana. Niiden toimintaperiaate ja rakenne ovat samanlaiset kuin laajalti käytetyissä litiumioniakuissa.
Sekä natrium että litium kuuluvat samaan alkuaineryhmään ja niillä on samanlaiset "keinutuolimaiset" sähkökemialliset varautumis- ja purkautumiskäyttäytymiset. Natriumioniakun latausprosessin aikana natriumionit irtoavat katodista ja kiinnittyvät anodiin, kun elektronit kulkevat ulkoisen piirin läpi. Mitä enemmän natriumioneja on kiinnittyneenä anodiin, sitä suurempi on latauskapasiteetti. Käänteisesti purkautumisen aikana natriumionit palaavat anodilta katodiin, mikä lisää purkauskapasiteettia, kun enemmän natriumioneja liikkuu takaisin.
Toimintaperiaate
Natriumioniakkujen toimintaperiaate on samankaltainen kuin litiumioniakkujen, ja siinä natriumioneja lisätään ja poistetaan varauksen siirtymiseksi. Purkauksen aikana natriumionit poistuvat anodista ja siirtyvät katodiin, jolloin elektronit virtaavat anodilta katodiin vapauttaen energiaa.
Latauksen aikana natriumionit irtoavat katodimateriaalista ja siirtyvät anodimateriaaliin elektrolyytin läpi, kun taas elektronit virtaavat anodimateriaaliin ulkoisen piirin kautta. Ihannetapauksessa ionien lisääminen ja poistaminen latauksen ja purkauksen aikana ei saisi muuttaa materiaalin rakennetta tai aiheuttaa sivureaktioita elektrolyytin kanssa. Nykyteknologia kohtaa kuitenkin haasteita natriumionien suuremman säteen vuoksi, mikä johtaa materiaalin rakenteen muutoksiin ionien lisäämisen aikana ja heikentää syklin suorituskykyä ja vakautta.
Edut
Energiatiheys:Natriumioniakkujen energiatiheys on tyypillisesti 100–150 Wh/kg, kun taas litiumioniakkujen energiatiheys on yleensä 120–200 Wh/kg ja korkeanikkelisten kolmikomponenttijärjestelmien yli 200 Wh/kg. Vaikka natriumioniakkujen energiatiheys on tällä hetkellä alhaisempi kuin kolmikomponenttilitium-akkujen, ne voivat osittain olla päällekkäisiä tai kattaa litiumrautafosfaattiakkujen (120–200 Wh/kg) ja lyijyakkujen (30–50 Wh/kg) energiatiheysalueen.
Käyttölämpötila-alue ja turvallisuus:Natriumioniakut toimivat laajalla lämpötila-alueella, tyypillisesti -40 °C:sta 80 °C:seen. Kolmikomponenttiset litiumioniakut puolestaan toimivat yleensä -20 °C:n ja 60 °C:n välillä, ja niiden suorituskyky heikkenee alle 0 °C:ssa. Natriumioniakut voivat ylläpitää yli 80 %:n varaustilan (SOC) -20 °C:ssa. Lisäksi suuremman sisäisen resistanssin ansiosta natriumioniakut ovat vähemmän alttiita kuumenemaan oikosulkujen aikana, mikä tarjoaa paremman turvallisuuden verrattuna litiumioniakkuihin.
Arvostele suorituskyky:Natriumioniakkujen lataus- ja purkausnopeus liittyy suoraan natriumionien migraatiokykyyn elektrodin ja elektrolyytin rajapinnassa. Ionien migraationopeuteen vaikuttavat tekijät vaikuttavat akun nopeussuorituskykyyn. Lisäksi sisäinen lämmönhukkanopeus on ratkaisevan tärkeä turvallisuuden ja käyttöiän kannalta nopean latauksen ja purkauksen aikana. Kiderakenteensa ansiosta natriumioniakuilla on hyvä nopeussuorituskyky, mikä tekee niistä sopivia energian varastointiin ja laajamittaisiin virtalähdesovelluksiin.
Latausnopeus:Natriumioniakut voidaan ladata täyteen noin 10 minuutissa, kun taas kolmikomponenttiset litiumparistot vaativat vähintään 40 minuuttia ja litiumrautafosfaattiakut noin 45 minuuttia.
Toimialaluokitus
Natriumioniakkuja on saatavilla erityyppisinä, mukaan lukien natrium-rikki-akut, natriumsuola-akut, natrium-ilma-akut, natriumioniakkujen vesiliuokset, orgaaniset natriumioniakut ja kiinteän olomuodon natriumioniakut.
Energian varastointisektorilla kaupallisesti käytettyjä natriumakkuja ovat ensisijaisesti korkean lämpötilan natriumrikki-akut ja kiinteäelektrolyyttijärjestelmiin perustuvat natriummetallikloridiakut. Näissä järjestelmissä aktiivisena anodimateriaalina käytetään metallista natriumia, ja niitä kutsutaan tarkemmin natriumakuiksi. Tyypillisesti termi natriumioniakku viittaa kolmeen jälkimmäiseen tyyppiin.
Natrium-rikki-akut:Näissä käytetään anodina sulaa nestemäistä natriumia ja katodina alkuainerikkiä, ja elektrolyyttinä ja erottimena on kiinteä keraaminen Al₂O₃. Natrium-rikki-akuilla on korkea ominaisenergia.
Natriumsuolaparistot:Näissä käytetään anodina nestemäistä natriumia ja katodina metallikloridia, ja elektrolyyttinä toimii Na+-johtava Al2O3-keraami.
Natrium-ilma-akut:Katodi käyttää tyypillisesti huokoisia materiaaleja, jotka tarjoavat reittejä kaasun diffuusiolle ja paikkoja elektrodireaktioille materiaalin huokoisuuden vuoksi.
Orgaaniset natriumioniakut:Näissä käytetään anodiin kovaa hiiltä tai natriumilla interkaloituja materiaaleja, ja katodimateriaaleihin kuuluvat siirtymämetallioksidit ja polyanioniset yhdisteet.
Vesipitoiset natriumioniakut:Orgaanisiin elektrolyyttiakkuihin verrattuna natriumioniakkujen vesipohjaisissa akuissa käytetään erilaisia elektrolyyttejä, mikä tarjoaa paremman turvallisuustason.
