האם אגירת אנרגיה באמצעות יוני נתרן היא ההזדמנות הגדולה הבאה?

ניכר כי התקרה עבור מגזר האנרגיה החדש גבוהה מהצפוי, כאשר הון עדיין זורם, לכאורה בחיפוש אחר "טכנולוגיית אמפרקס העכשווית" הבאה או "BYD".

סקירה כללית
סוללות יון-נתרן (המכונות "סוללות נתרן") הן סוג של סוללה נטענת הפועלת על ידי העברת יוני נתרן בין הקתודה לאנודה במהלך טעינה ופריקה. עקרון הפעולה והמבנה שלהן דומים לסוללות יון-ליתיום הנמצאות בשימוש נרחב.

גם נתרן וגם ליתיום שייכים לאותה קבוצת יסודות ומפגינים התנהגויות טעינה ופריקה אלקטרוכימיות דומות של "כיסא נדנדה". במהלך תהליך הטעינה של סוללת יוני נתרן, יוני נתרן מתנתקים מהקתודה ומוטמעים באנודה בעוד שאלקטרונים נעים דרך המעגל החיצוני. ככל שיותר יוני נתרן מוטמעים באנודה, כך קיבולת הטעינה גבוהה יותר. לעומת זאת, במהלך הפריקה, יוני נתרן חוזרים מהאנודה לקתודה, מה שמגדיל את קיבולת הפריקה ככל שיותר יוני נתרן נעים אחורה.

עקרון עבודה
עקרון הפעולה של סוללות יון-נתרן דומה לזה של סוללות יון-ליתיום, הכולל החדרה והוצאה של יוני נתרן כדי להשיג העברת מטען. במהלך הפריקה, יוני נתרן יוצאים מחומר האנודה ונכנסים לחומר הקתודה, כאשר אלקטרונים זורמים מהאנודה לקתודה ומשחררים אנרגיה.

במהלך הטעינה, יוני נתרן מתנתקים מחומר הקתודה ועוברים אל חומר האנודה דרך האלקטרוליט, בעוד שאלקטרונים זורמים אל חומר האנודה דרך המעגל החיצוני. באופן אידיאלי, החדרה והוצאה של יונים במהלך טעינה ופריקה לא אמורות לשנות את מבנה החומר או לגרום לתגובות לוואי עם האלקטרוליט. עם זאת, הטכנולוגיה הנוכחית מתמודדת עם אתגרים עקב רדיוס גדול יותר של יוני נתרן, מה שמוביל לשינויים במבנה החומר במהלך החדרת היונים, וכתוצאה מכך ירידה בביצועי המחזור וביציבותו.

יתרונות
צפיפות אנרגיה:לתאי סוללות נתרן-יון יש בדרך כלל צפיפות אנרגיה של 100-150 וואט-שעה/ק"ג, בעוד שתאי סוללות ליתיום-יון נעים בדרך כלל בין 120-200 וואט-שעה/ק"ג, כאשר מערכות טרנריות עתירות ניקל עולות על 200 וואט-שעה/ק"ג. למרות שלסוללות נתרן-יון יש כיום צפיפות אנרגיה נמוכה יותר בהשוואה לסוללות ליתיום טרנריות, הן יכולות לחפוף חלקית או לכסות את טווח צפיפות האנרגיה של סוללות ליתיום ברזל פוספט (120-200 וואט-שעה/ק"ג) וסוללות עופרת-חומצה (30-50 וואט-שעה/ק"ג).

טווח טמפרטורות הפעלה ובטיחות:סוללות נתרן-יון פועלות בטווח טמפרטורות רחב, בדרך כלל בין -40°C ל-80°C. לעומת זאת, סוללות ליתיום-יון טרנריות פועלות בדרך כלל בין -20°C ל-60°C, כאשר הביצועים יורדים מתחת ל-0°C. סוללות נתרן-יון יכולות לשמור על מצב טעינה (SOC) של מעל 80% ב- -20°C. בנוסף, בשל התנגדות פנימית גבוהה יותר, סוללות נתרן-יון פחות נוטות להתחממות במהלך קצר חשמלי, מה שמציע בטיחות רבה יותר בהשוואה לסוללות ליתיום-יון.

ביצועי דרג:ביצועי קצב הטעינה והפריקה של סוללות נתרן-יון קשורים ישירות ליכולת הנדידה של יוני נתרן בממשק האלקטרודה-אלקטרוליט. גורמים המשפיעים על מהירות נדידת היונים משפיעים על ביצועי קצב הסוללה. בנוסף, קצב פיזור החום הפנימי הוא קריטי לבטיחות ולאורך החיים במהלך טעינה ופריקה בקצב גבוה. הודות למבנה הגבישי שלהן, סוללות נתרן-יון מציגות ביצועי קצב טובים, מה שהופך אותן למתאימות לאחסון אנרגיה ויישומי אספקת חשמל בקנה מידה גדול.

מהירות טעינה:ניתן לטעון סוללות נתרן-יון במלואן תוך כ-10 דקות, בעוד שסוללות ליתיום טרנריות דורשות לפחות 40 דקות, וסוללות ליתיום ברזל פוספט דורשות כ-45 דקות.

סיווג ענף
סוללות נתרן-יון מגיעות בסוגים שונים, כולל סוללות נתרן-גופרית, סוללות נתרן-מלח, סוללות נתרן-אוויר, סוללות נתרן-יון מימיות, סוללות נתרן-יון אורגניות וסוללות נתרן-יון במצב מוצק.