აშკარაა, რომ ახალი ენერგეტიკის სექტორის ჭერი მოსალოდნელზე მაღალია, კაპიტალი კი კვლავ შემოდის, როგორც ჩანს, შემდეგი „თანამედროვე Amperex ტექნოლოგიის“ ანუ „BYD“-ის ძიებაში.
მიმოხილვა
ნატრიუმის იონური აკუმულატორები (მოხსენიებული, როგორც „ნატრიუმის აკუმულატორები“) წარმოადგენს დატენვადი აკუმულატორის ტიპს, რომელიც მუშაობს კათოდსა და ანოდს შორის ნატრიუმის იონების გადაადგილებით დატენვისა და განმუხტვის დროს. მათი მუშაობის პრინციპი და სტრუქტურა მსგავსია ფართოდ გამოყენებული ლითიუმ-იონური აკუმულატორებისა.
ნატრიუმიც და ლითიუმიც ელემენტების ერთსა და იმავე ჯგუფს მიეკუთვნებიან და მსგავს „საქანელა სკამის“ ელექტროქიმიურ დამუხტვასა და განმუხტვას ავლენენ. ნატრიუმ-იონური ბატარეის დატენვის პროცესის დროს ნატრიუმის იონები კათოდს შორდებიან და ანოდში ჩაჯდებიან, ელექტრონები კი გარე წრედში გადაადგილდებიან. რაც უფრო მეტი ნატრიუმის იონია ჩაჯმული ანოდში, მით უფრო მაღალია დამუხტვის ტევადობა. პირიქით, განმუხტვის დროს ნატრიუმის იონები ანოდიდან კათოდში ბრუნდებიან, რაც ზრდის განმუხტვის ტევადობას, რადგან მეტი ნატრიუმის იონი უკან მოძრაობს.
მუშაობის პრინციპი
ნატრიუმ-იონური აკუმულატორების მუშაობის პრინციპი ლითიუმ-იონური აკუმულატორების მსგავსია, რაც გულისხმობს ნატრიუმის იონების ჩასმას და ამოღებას მუხტის გადაცემის მისაღწევად. განმუხტვის დროს ნატრიუმის იონები გამოდიან ანოდიდან და შედიან კათოდის მასალაში, ელექტრონები კი ანოდიდან კათოდში გადადიან და ენერგიას გამოყოფენ.
დატენვის დროს ნატრიუმის იონები კათოდის მასალას შორდებიან და ელექტროლიტის მეშვეობით ანოდის მასალაში გადადიან, ხოლო ელექტრონები გარე წრედის მეშვეობით ანოდის მასალაში გადადიან. იდეალურ შემთხვევაში, დატენვისა და განმუხტვის დროს იონების შეყვანამ და ამოღებამ არ უნდა შეცვალოს მასალის სტრუქტურა ან არ უნდა გამოიწვიოს გვერდითი რეაქციები ელექტროლიტთან. თუმცა, თანამედროვე ტექნოლოგიას პრობლემები აქვს ნატრიუმის იონების უფრო დიდი რადიუსის გამო, რაც იწვევს მასალის სტრუქტურის ცვლილებებს იონების შეყვანის დროს, რაც იწვევს ციკლის მუშაობისა და სტაბილურობის შემცირებას.
უპირატესობები
ენერგიის სიმკვრივე:ნატრიუმ-იონური ბატარეის ელემენტების ენერგიის სიმკვრივე, როგორც წესი, 100-150 ვტ.სთ/კგ-ია, ხოლო ლითიუმ-იონური ბატარეის ელემენტების ენერგიის სიმკვრივე ზოგადად 120-200 ვტ.სთ/კგ-ს შორის მერყეობს, მაღალი ნიკელის შემცველობის სამმაგი სისტემები კი 200 ვტ.სთ/კგ-ს აჭარბებს. მიუხედავად იმისა, რომ ნატრიუმ-იონურ ბატარეებს ამჟამად სამმაგი ლითიუმის ბატარეებთან შედარებით უფრო დაბალი ენერგიის სიმკვრივე აქვთ, მათ შეუძლიათ ნაწილობრივ გადაფარონ ან დაფარონ ლითიუმ-რკინის ფოსფატის ბატარეების (120-200 ვტ.სთ/კგ) და ტყვიის მჟავა ბატარეების (30-50 ვტ.სთ/კგ) ენერგიის სიმკვრივის დიაპაზონი.
სამუშაო ტემპერატურის დიაპაზონი და უსაფრთხოება:ნატრიუმ-იონური ბატარეები ფართო ტემპერატურულ დიაპაზონში მუშაობენ, როგორც წესი, -40°C-დან 80°C-მდე. ამის საპირისპიროდ, სამმაგი ლითიუმ-იონური ბატარეები ჩვეულებრივ -20°C-დან 60°C-მდე მუშაობს, ხოლო მუშაობის ეფექტურობა 0°C-ზე დაბლა ეცემა. ნატრიუმ-იონურ ბატარეებს -20°C-ზე 80%-ზე მეტი დამუხტვის მდგომარეობის (SOC) შენარჩუნება შეუძლიათ. გარდა ამისა, მაღალი შიდა წინააღმდეგობის გამო, ნატრიუმ-იონური ბატარეები ნაკლებად არიან მიდრეკილნი მოკლე ჩართვის დროს გადახურებისკენ, რაც ლითიუმ-იონურ ბატარეებთან შედარებით მეტ უსაფრთხოებას გვთავაზობს.
შეფასების შესრულება:ნატრიუმ-იონური აკუმულატორების დამუხტვისა და განმუხტვის სიჩქარის მახასიათებლები პირდაპირ კავშირშია ნატრიუმის იონების მიგრაციის უნართან ელექტროდ-ელექტროლიტის ინტერფეისზე. იონების მიგრაციის სიჩქარეზე მოქმედი ფაქტორები გავლენას ახდენს აკუმულატორის სიჩქარის მაჩვენებელზე. გარდა ამისა, შიდა სითბოს გაფრქვევის სიჩქარე გადამწყვეტი მნიშვნელობისაა უსაფრთხოებისა და სიცოცხლის ხანგრძლივობისთვის მაღალი სიჩქარის დამუხტვისა და განმუხტვის დროს. მათი კრისტალური სტრუქტურის წყალობით, ნატრიუმ-იონური აკუმულატორები ავლენენ კარგ სიჩქარის მაჩვენებელს, რაც მათ ენერგიის შენახვისა და ფართომასშტაბიანი ენერგომომარაგების აპლიკაციებისთვის შესაფერისს ხდის.
დატენვის სიჩქარე:ნატრიუმის იონური აკუმულატორების სრულად დატენვა დაახლოებით 10 წუთშია შესაძლებელი, მაშინ როდესაც სამმაგი ლითიუმის აკუმულატორების დატენვას მინიმუმ 40 წუთი სჭირდება, ხოლო ლითიუმის, რკინის ფოსფატის აკუმულატორების - დაახლოებით 45 წუთი.
ინდუსტრიის კლასიფიკაცია
ნატრიუმ-იონური ბატარეები სხვადასხვა ტიპისაა, მათ შორის ნატრიუმ-გოგირდის ბატარეები, ნატრიუმ-მარილის ბატარეები, ნატრიუმ-ჰაერის ბატარეები, წყლიანი ნატრიუმ-იონური ბატარეები, ორგანული ნატრიუმ-იონური ბატარეები და მყარი მდგომარეობის ნატრიუმ-იონური ბატარეები.
ენერგიის შენახვის სექტორში, კომერციულად პირველად გამოყენებადი ნატრიუმის აკუმულატორები მოიცავს მაღალი ტემპერატურის ნატრიუმ-გოგირდის აკუმულატორებს და ნატრიუმ-მეტალ ქლორიდის აკუმულატორებს, რომლებიც დაფუძნებულია მყარ ელექტროლიტურ სისტემებზე. ეს სისტემები იყენებენ მეტალურ ნატრიუმს, როგორც აქტიურ ანოდურ მასალას, უფრო ზუსტად კი ნატრიუმის აკუმულატორებს უწოდებენ. როგორც წესი, ტერმინი „ნატრიუმ-იონური აკუმულატორი“ ეხება ბოლო სამ ტიპს.
ნატრიუმ-გოგირდის აკუმულატორები:ეს ელემენტები იყენებენ გამდნარ თხევად ნატრიუმს ანოდად და ელემენტარულ გოგირდს კათოდად, ხოლო მყარი კერამიკული Al2O3 ელექტროლიტად და გამყოფად. ნატრიუმ-გოგირდის აკუმულატორებს აქვთ მაღალი სპეციფიკური ენერგია.
ნატრიუმ-მარილის აკუმულატორები:ესენი იყენებენ თხევად ნატრიუმს ანოდად და ლითონის ქლორიდის მასალებს კათოდად, ხოლო Na+ გამტარი Al2O3 კერამიკას ელექტროლიტად.
ნატრიუმ-ჰაერის ბატარეები:კათოდი, როგორც წესი, იყენებს ფოროვან მასალებს, რომლებიც მასალის ფორიანობის გამო უზრუნველყოფენ გაზის დიფუზიის გზებს და ელექტროდული რეაქციების ადგილებს.
ორგანული ნატრიუმ-იონური ბატარეები:ეს მასალები ანოდისთვის იყენებენ მყარ ნახშირბადს ან ნატრიუმით ინტერკალირებულ მასალებს, კათოდის მასალებში კი შედის გარდამავალი ლითონების ოქსიდები და პოლიანიონური ნაერთები.
წყალხსნარი ნატრიუმ-იონური ბატარეები:ორგანული ელექტროლიტური ბატარეებისგან განსხვავებით, წყალხსნარში შემავალი ნატრიუმ-იონური ბატარეები იყენებენ სხვადასხვა ელექტროლიტს, რაც უფრო მაღალ უსაფრთხოებას უზრუნველყოფს.
