Oczywiste jest, że potencjał nowego sektora energetycznego jest wyższy, niż przewidywano, a kapitał wciąż napływa, najwyraźniej w poszukiwaniu kolejnej „współczesnej technologii Amperex” lub „BYD”.
Przegląd
Akumulatory sodowo-jonowe (zwane również „akumulatorami sodowymi”) to rodzaj akumulatorów, które działają poprzez przepływ jonów sodu między katodą a anodą podczas ładowania i rozładowywania. Ich zasada działania i konstrukcja są podobne do powszechnie stosowanych akumulatorów litowo-jonowych.
Zarówno sód, jak i lit należą do tej samej grupy pierwiastków i wykazują podobne, „bujane” właściwości elektrochemicznego ładowania i rozładowywania. Podczas ładowania akumulatora sodowo-jonowego jony sodu odrywają się od katody i osadzają w anodzie, podczas gdy elektrony przemieszczają się przez obwód zewnętrzny. Im więcej jonów sodu osadza się w anodzie, tym wyższa jest pojemność ładowania. Natomiast podczas rozładowywania jony sodu powracają z anody do katody, zwiększając pojemność rozładowania w miarę powrotu większej ilości jonów sodu.
Zasada działania
Zasada działania akumulatorów sodowo-jonowych jest podobna do zasady działania akumulatorów litowo-jonowych i polega na wprowadzaniu i usuwaniu jonów sodu w celu przeniesienia ładunku. Podczas rozładowywania jony sodu opuszczają materiał anody i wnikają do materiału katody, a elektrony przepływają z anody do katody, uwalniając energię.
Podczas ładowania jony sodu odrywają się od materiału katody i przemieszczają się do materiału anody przez elektrolit, podczas gdy elektrony przepływają do materiału anody przez obwód zewnętrzny. W idealnym przypadku wprowadzanie i usuwanie jonów podczas ładowania i rozładowywania nie powinno zmieniać struktury materiału ani powodować reakcji ubocznych z elektrolitem. Jednak obecna technologia napotyka na trudności ze względu na większy promień jonów sodu, który prowadzi do zmian struktury materiału podczas wprowadzania jonów, co skutkuje obniżeniem wydajności i stabilności cyklu.
Zalety
Gęstość energii:Ogniwa akumulatorów sodowo-jonowych zazwyczaj charakteryzują się gęstością energii 100–150 Wh/kg, podczas gdy ogniwa litowo-jonowe zazwyczaj mieszczą się w przedziale 120–200 Wh/kg, a w systemach trójskładnikowych o wysokiej zawartości niklu przekraczają 200 Wh/kg. Chociaż akumulatory sodowo-jonowe charakteryzują się obecnie niższą gęstością energii w porównaniu z trójskładnikowymi akumulatorami litowymi, mogą one częściowo pokrywać się lub pokrywać z zakresem gęstości energii akumulatorów litowo-żelazowo-fosforanowych (120–200 Wh/kg) i akumulatorów kwasowo-ołowiowych (30–50 Wh/kg).
Zakres temperatur pracy i bezpieczeństwo:Akumulatory sodowo-jonowe działają w szerokim zakresie temperatur, zazwyczaj od -40°C do 80°C. Natomiast akumulatory litowo-jonowe trójskładnikowe zazwyczaj działają w zakresie od -20°C do 60°C, a ich wydajność spada poniżej 0°C. Akumulatory sodowo-jonowe mogą utrzymać ponad 80% stanu naładowania (SOC) w temperaturze -20°C. Ponadto, dzięki wyższej rezystancji wewnętrznej, akumulatory sodowo-jonowe są mniej podatne na nagrzewanie podczas zwarć, zapewniając większe bezpieczeństwo w porównaniu z akumulatorami litowo-jonowymi.
Oceń wydajność:Szybkość ładowania i rozładowywania akumulatorów sodowo-jonowych jest bezpośrednio związana ze zdolnością migracji jonów sodu na granicy faz elektroda-elektrolit. Czynniki wpływające na szybkość migracji jonów wpływają na szybkość ładowania akumulatora. Ponadto, wewnętrzna szybkość rozpraszania ciepła ma kluczowe znaczenie dla bezpieczeństwa i żywotności podczas szybkiego ładowania i rozładowywania. Dzięki swojej strukturze krystalicznej akumulatory sodowo-jonowe charakteryzują się dobrą szybkością ładowania, co czyni je odpowiednimi do magazynowania energii i zastosowań w systemach zasilania na dużą skalę.
Prędkość ładowania:Akumulatory sodowo-jonowe można w pełni naładować w ciągu około 10 minut, podczas gdy w przypadku akumulatorów litowo-jonowych trwa to co najmniej 40 minut, a w przypadku akumulatorów litowo-żelazowo-fosforanowych – około 45 minut.
Klasyfikacja branżowa
Istnieją różne rodzaje baterii sodowo-jonowych, w tym baterie sodowo-siarkowe, baterie sodowo-solne, baterie sodowo-powietrzne, baterie sodowo-jonowe wodne, baterie sodowo-jonowe organiczne i baterie sodowo-jonowe ze stałym elektrolitem.
W sektorze magazynowania energii, głównymi komercyjnie stosowanymi bateriami sodowymi są wysokotemperaturowe baterie sodowo-siarkowe oraz baterie sodowo-chlorkowo-metalowe oparte na układach z elektrolitem stałym. Systemy te wykorzystują metaliczny sód jako aktywny materiał anodowy, a dokładniej nazywane są bateriami sodowymi. Termin „bateria sodowo-jonowa” odnosi się zazwyczaj do tych trzech ostatnich typów.
Akumulatory sodowo-siarkowe:W tych akumulatorach anodą jest stopiony sód, a katodą siarka elementarna, a elektrolitem i separatorem jest stały ceramiczny Al2O3. Akumulatory sodowo-siarkowe charakteryzują się wysoką energią właściwą.
Baterie sodowo-solne:W tego typu urządzeniach anodą jest ciekły sód, katodą – chlorek metalu, a elektrolitem – ceramika Al2O3, będąca przewodnikiem Na+.
Baterie sodowo-powietrzne:Katoda zwykle wykonana jest z materiałów porowatych, które ze względu na swoją porowatość stwarzają możliwości dyfuzji gazu i umożliwiają reakcje elektrodowe.
Organiczne baterie sodowo-jonowe:W ich przypadku anodę wykonuje się z twardego węgla lub materiałów z dodatkiem sodu, natomiast katodę z tlenków metali przejściowych i związków polianionowych.
Baterie sodowo-jonowe na bazie wody:W porównaniu do akumulatorów z elektrolitem organicznym, w wodnych akumulatorach sodowo-jonowych stosuje się inne elektrolity, co zapewnia wyższy poziom bezpieczeństwa.
