Je skladovanie energie v sodíkových iónoch ďalšou veľkou príležitosťou?

Je zrejmé, že strop pre nový energetický sektor je vyšší, ako sa očakávalo, pričom kapitál stále prúdi, zrejme v snahe nájsť ďalšiu „súčasnú technológiu Amperex“ alebo „BYD“.

Prehľad
Sodíkovo-iónové batérie (označované ako „sodíkové batérie“) sú typom nabíjateľnej batérie, ktorá funguje na princípe prenosu sodíkových iónov medzi katódou a anódou počas nabíjania a vybíjania. Ich princíp fungovania a štruktúra sú podobné bežne používaným lítium-iónovým batériám.

Sodík aj lítium patria do rovnakej skupiny prvkov a vykazujú podobné elektrochemické správanie pri nabíjaní a vybíjaní typu „hojdacie kreslo“. Počas procesu nabíjania sodíkovo-iónovej batérie sa sodíkové ióny oddeľujú od katódy a vkladajú sa do anódy, zatiaľ čo elektróny prechádzajú vonkajším obvodom. Čím viac sodíkových iónov je v anóde, tým vyššia je nabíjacia kapacita. Naopak, počas vybíjania sa sodíkové ióny vracajú z anódy na katódu, čím sa zvyšuje vybíjacia kapacita, pretože sa viac sodíkových iónov pohybuje späť.

Princíp fungovania
Princíp fungovania sodíkových iónových batérií je podobný princípu lítium-iónových batérií, ktorý zahŕňa vkladanie a odoberanie sodíkových iónov na dosiahnutie prenosu náboja. Počas vybíjania sodíkové ióny opúšťajú materiál anódy a vstupujú do materiálu katódy, pričom elektróny prúdia z anódy na katódu a uvoľňujú energiu.

Počas nabíjania sa sodíkové ióny oddeľujú od materiálu katódy a presúvajú sa do materiálu anódy cez elektrolyt, zatiaľ čo elektróny prúdia do materiálu anódy cez externý obvod. V ideálnom prípade by vkladanie a odoberanie iónov počas nabíjania a vybíjania nemalo meniť štruktúru materiálu ani spôsobovať vedľajšie reakcie s elektrolytom. Súčasná technológia však čelí výzvam kvôli väčšiemu polomeru sodíkových iónov, čo vedie k zmenám štruktúry materiálu počas vkladania iónov, čo má za následok znížený výkon a stabilitu cyklu.

Výhody
Hustota energie:Sodíkovo-iónové batériové články majú typicky energetickú hustotu 100 – 150 Wh/kg, zatiaľ čo lítium-iónové batériové články sa vo všeobecnosti pohybujú v rozmedzí 120 – 200 Wh/kg, pričom ternárne systémy s vysokým obsahom niklu presahujú 200 Wh/kg. Hoci sodíkovo-iónové batérie majú v súčasnosti nižšiu energetickú hustotu v porovnaní s ternárnymi lítiovými batériami, môžu sa čiastočne prekrývať alebo pokrývať rozsah energetickej hustoty lítium-železito-fosfátových batérií (120 – 200 Wh/kg) a olovených batérií (30 – 50 Wh/kg).

Rozsah prevádzkových teplôt a bezpečnosť:Sodíkovo-iónové batérie pracujú v širokom teplotnom rozsahu, zvyčajne od -40 °C do 80 °C. Naproti tomu ternárne lítium-iónové batérie zvyčajne pracujú medzi -20 °C a 60 °C, pričom ich výkon klesá pod 0 °C. Sodíkovo-iónové batérie si dokážu udržať viac ako 80 % stavu nabitia (SOC) pri -20 °C. Okrem toho sú sodíkovo-iónové batérie vďaka vyššiemu vnútornému odporu menej náchylné na zahrievanie počas skratov, čo ponúka väčšiu bezpečnosť v porovnaní s lítium-iónovými batériami.

Hodnotenie výkonu:Výkon nabíjania a vybíjania sodíkovo-iónových batérií priamo súvisí s migračnou schopnosťou sodíkových iónov na rozhraní elektróda-elektrolyt. Faktory ovplyvňujúce rýchlosť migrácie iónov ovplyvňujú výkon batérie. Okrem toho je vnútorná rýchlosť odvádzania tepla kľúčová pre bezpečnosť a životnosť počas vysokorýchlostného nabíjania a vybíjania. Vďaka svojej kryštálovej štruktúre vykazujú sodíkovo-iónové batérie dobrý výkon, vďaka čomu sú vhodné na skladovanie energie a rozsiahle aplikácie napájania.

Rýchlosť nabíjania:Sodík-iónové batérie sa dajú úplne nabiť približne za 10 minút, zatiaľ čo ternárne lítiové batérie potrebujú najmenej 40 minút a lítium-železito-fosfátové batérie potrebujú približne 45 minút.

Klasifikácia odvetvia
Sodíkovo-iónové batérie sa dodávajú v rôznych typoch, vrátane sodíkovo-sírových batérií, sodíkovo-soľných batérií, sodíkovo-vzduchových batérií, vodných sodíkovo-iónových batérií, organických sodíkovo-iónových batérií a sodíkovo-iónových batérií v pevnom skupenstve.