Nyilvánvaló, hogy az új energiaszektor plafonja magasabb a vártnál, a tőke továbbra is ömlik be, látszólag a következő „modern Amperex technológia” vagy „BYD” keresése közben.
Áttekintés
A nátrium-ion akkumulátorok (a továbbiakban „nátrium akkumulátorok”) olyan újratölthető akkumulátorok, amelyek úgy működnek, hogy töltés és kisütés közben nátriumionokat mozgatnak a katód és az anód között. Működési elvük és felépítésük hasonló a széles körben használt lítium-ion akkumulátorokhoz.
A nátrium és a lítium is ugyanabba az elemcsoportba tartozik, és hasonló „hintaszékszerű” elektrokémiai töltési és kisütési viselkedést mutatnak. A nátriumion-akkumulátor töltési folyamata során a nátriumionok leválnak a katódról és beágyazódnak az anódba, miközben az elektronok a külső áramkörön keresztül haladnak. Minél több nátriumion van beágyazva az anódba, annál nagyobb a töltési kapacitás. Fordítva, kisütés során a nátriumionok visszatérnek az anódról a katódra, növelve a kisülési kapacitást, ahogy egyre több nátriumion mozog vissza.
Működési elv
A nátrium-ion akkumulátorok működési elve hasonló a lítium-ion akkumulátorokéhoz, amely a nátriumionok behelyezését és eltávolítását foglalja magában a töltésátvitel érdekében. Kisüléskor a nátriumionok kilépnek az anód anyagából és belépnek a katód anyagába, az elektronok pedig az anódtól a katódig áramlanak, energiát szabadítva fel.
Töltés során a nátriumionok leválnak a katód anyagáról, és az elektroliton keresztül az anód anyagába jutnak, míg az elektronok a külső áramkörön keresztül áramlanak az anód anyagába. Ideális esetben az ionok be- és kiáramlása töltés és kisütés során nem változtathatja meg az anyag szerkezetét, és nem okozhat mellékreakciókat az elektrolittal. A jelenlegi technológia azonban kihívásokkal néz szembe a nátriumionok nagyobb sugarú köre miatt, ami az ionbeépülés során az anyagszerkezet megváltozásához vezet, ami a ciklusteljesítmény és a stabilitás csökkenését eredményezi.
Előnyök
Energiasűrűség:A nátrium-ion akkumulátorcellák energiasűrűsége jellemzően 100-150 Wh/kg, míg a lítium-ion akkumulátorcelláké általában 120-200 Wh/kg között van, míg a magas nikkeltartalmú háromkomponensű rendszereké meghaladja a 200 Wh/kg-ot. Bár a nátrium-ion akkumulátorok energiasűrűsége jelenleg alacsonyabb a háromkomponensű lítium akkumulátorokhoz képest, részben átfedésben lehetnek a lítium-vas-foszfát akkumulátorok (120-200 Wh/kg) és az ólom-savas akkumulátorok (30-50 Wh/kg) energiasűrűség-tartományával, vagy lefedhetik azt.
Üzemi hőmérséklet-tartomány és biztonság:A nátrium-ion akkumulátorok széles hőmérsékleti tartományban működnek, jellemzően -40°C és 80°C között. Ezzel szemben a háromkomponensű lítium-ion akkumulátorok általában -20°C és 60°C között működnek, 0°C alatt pedig teljesítményük csökken. A nátrium-ion akkumulátorok -20°C-on több mint 80%-os töltöttségi állapotot (SOC) tudnak fenntartani. Ezenkívül a nagyobb belső ellenállás miatt a nátrium-ion akkumulátorok kevésbé hajlamosak a melegedésre rövidzárlat esetén, így nagyobb biztonságot nyújtanak a lítium-ion akkumulátorokhoz képest.
Teljesítmény értékelése:A nátrium-ion akkumulátorok töltési és kisütési sebessége közvetlenül összefügg a nátriumionok migrációs képességével az elektróda-elektrolit határfelületen. Az ionmigrációs sebességet befolyásoló tényezők hatással vannak az akkumulátor sebességére. Ezenkívül a belső hőelvezetési sebesség kulcsfontosságú a biztonság és az élettartam szempontjából nagy sebességű töltés és kisütés során. Kristályszerkezetüknek köszönhetően a nátrium-ion akkumulátorok jó sebességteljesítményt mutatnak, így alkalmasak energiatárolásra és nagyméretű tápegység-alkalmazásokra.
Töltési sebesség:A nátrium-ion akkumulátorok körülbelül 10 perc alatt teljesen feltölthetők, míg a háromkomponensű lítium akkumulátorok legalább 40 percet, a lítium-vas-foszfát akkumulátorok pedig körülbelül 45 percet igényelnek.
Iparági besorolás
A nátrium-ion akkumulátorok többféle típusban kaphatók, beleértve a nátrium-kén akkumulátorokat, nátrium-só akkumulátorokat, nátrium-levegő akkumulátorokat, vizes nátrium-ion akkumulátorokat, szerves nátrium-ion akkumulátorokat és szilárdtest nátrium-ion akkumulátorokat.
Az energiatárolási szektorban a kereskedelmi forgalomban kapható nátrium-akkumulátorok elsődleges típusai a magas hőmérsékletű nátrium-kén akkumulátorok és a szilárd elektrolit rendszereken alapuló nátrium-fém-klorid akkumulátorok. Ezek a rendszerek fémnátriumot használnak aktív anódanyagként, pontosabban nátriumakkumulátoroknak nevezik őket. A nátrium-ion akkumulátor kifejezés jellemzően az utóbbi három típusra utal.
Nátrium-kén akkumulátorok:Ezek anódként olvadt folyékony nátriumot, katódként pedig elemi ként használnak, elektrolitként és szeparátorként pedig szilárd kerámia Al₂O₃-ot. A nátrium-kén akkumulátorok nagy fajlagos energiával rendelkeznek.
Nátrium-só akkumulátorok:Ezek folyékony nátriumot használnak anódként, fém-klorid anyagokat katódként, Na+ vezető Al2O3 kerámiával elektrolitként.
Nátrium-levegő elemek:A katód jellemzően porózus anyagokat használ, amelyek az anyag porozitásának köszönhetően utakat biztosítanak a gázdiffúzióhoz és helyszíneket az elektróda reakcióihoz.
Szerves nátrium-ion akkumulátorok:Ezek kemény szenet vagy nátriummal interkalált anyagokat használnak anódként, katódanyagokként pedig átmenetifém-oxidokat és polianionos vegyületeket.
Vizes nátrium-ion akkumulátorok:A szerves elektrolit alapú akkumulátorokhoz képest a vizes nátrium-ion akkumulátorok eltérő elektrolitokat használnak, ami nagyobb biztonsági teljesítményt nyújt.
