باتری سدیم یون وارد صنعت می‌شود!
باتری‌های لیتیوم یونی (Li-Ion) هم در تحقیقات و هم در مسیر صنعتی شدن از باتری‌های سدیم یون جلوترند. در مقایسه باتری لیتیومی با باتری سدیمی، باتری سدیم یون (Na-Ion) در عمل دارای معایب و چشم‌انداز صنعتی شدن کمتری است. کارشناسان می‌گویند که انرژی الکتریکی جهان در باتری‌های لیتیوم یون ذخیره می‌شود که به تنهایی کافی نیست و بعد از آنها باتری‌های سدیم یون اولین انتخاب هستند.
باتری‌های سدیم و لیتیومی با هم رقابت می‌کنند!
باتری‌های لیتیومی و سدیمی، به دلیل مجاورت دو عنصر لیتیوم و سدیم در جدول تناوبی، خواص شیمیایی مشابهی دارند. تحقیق در مورد این دو نوع باتری تقریباً بطور همزمان شروع شد تا اینکه باتری لیتیومی به محبوب صنعت باتری تبدیل شد. اولین باتری لیتیوم یونی کاربردی که با ترکیب یک الکترود نرم کربن منفی و یک الکترود مثبت اکسید کبالت لیتیوم ساخته شد، اولین بار در دهه ۱۹۹۰ در ژاپن تجاری شد.
با این حال، به دلیل شعاع بزرگ‌تر در مقایسه با باتری‌های لیتیوم یونی، باتری‌های سدیم یونی در ویژگی‌های مهمی مثل چگالی انرژی و عمر چرخه از باتری‌های لیتیومی عقب مانده‌اند. همزمان، کارشناسان در حال بررسی صنعتی شدن باتری‌های لیتیومی در چین‌اند که تحقیقات باتری‌های لیتیومی را در زمینه وسایل نقلیه الکتریکی خانگی ارتقا داده است. در حالی که باتری‌های لیتیومی کاربردهای تجاری خود را سرعت می‌بخشند، تحقیقات روی باتری‌های سدیم یون در حال افزایش ولی پیشرفتش هنوز کُند است.
در سال ۲۰۰۰، مشخص شد که در مواد آند کربن سخت، یون‌های سدیم دارای خواص درونی خوبی هستند. با این حال، این کشف بلافاصله باعث افزایش تولید انبوه باتری‌های سدیم یونی نشد. بدیهی است که ۱۰۰ تولیدکننده برتر لیتیوم که هنوز افزایش شدید فشار هزینه را تجربه نکرده‌اند، انگیزه‌ای برای یافتن مسیرهای جایگزین ندارند و باتری‌های سدیم همچنان خاموش‌اند.
بعد از سال ۲۰۱۰، توسعه سریع لوازم الکترونیکی مصرفی پایین‌دست، لوازم سخت‌افزار هوشمند، وسایل نقلیه الکتریکی و سایر زمینه‌ها تقاضای زیادی برای باتری‌های لیتیومی ایجاد کرده و حتی بعضی از دانشمندان کمبود منابع لیتیوم را پیش‌بینی کرده‌اند. در حقیقت، میزان عنصر لیتیوم در پوسته زمین تنها ۰.۰۰۶۵٪ است که حتی به خوبی ِعناصر نیکل و کبالت نیست که بیشترشان در قاره آمریکا توزیع شده‌اند. در مقابل، سدیم (۲.۷۵٪) خیلی غنی‌تر و ذخایرش بطور مساوی توزیع شده است.
هزینه‌های اِلِمان‌ها بخش بزرگی از هزینه‌های باتری را تشکیل می‌دهند. وقتی تولید در مقیاس بزرگ همچنان به شکستن محدودیت ادامه می‌دهد، کمبود منابع فشار زیادی بر هزینه زنجیره صنعت وارد می‌کند. چون دانشمندان امیدوارند کبالت، نیکل و لیتیوم را با سدیم ارزان‌تر جایگزین و در عین حال عملکرد مشابهی ارائه کنند، بنابراین باتری‌های یون سدیم به عرصه تجاری‌سازی فناوری بازگشته‌اند.
صنعتی شدن باتری یون سدیم به تدریج در راهست
با توجه به این واقعیت که عملکرد کلی هنوز با باتری‌های لیتیومی برابری نکرده، باتری‌های سدیم در حال حاضر فقط برای خودروهای دوچرخ کم‌سرعت، خودروهای سواری کلاس A00 و میدان‌های ذخیره‌سازی انرژی با ظرفیت کم و متوسط مناسب‌اند. چگالی انرژی فعلی باتری‌های سدیمی می‌تواند به ۱۴۵ وات ساعت بر کیلوگرم برسد که تقریباً سه برابر باتری‌های سرب اسیدی است. چگالی انرژی باتری‌های لیتیوم فسفات آهن و باتری‌های سه تایی لیتیوم اساساً می‌تواند به بیش از ۱۶۰ وات ساعت بر کیلوگرم برسد.
از نظر عمر چرخه، با توجه به شرایط دمایی مختلف، باتری فسفات آهن لیتیوم می‌تواند به ۱۰۰۰۰-۳۰۰۰ برابر برسد، درحالیکه عمر چرخه باتری یون سدیم حدود ۴۰۰۰-۱۰۰۰ برابر است. با این حال، برای ارتقای باتری‌های یون سدیم در مقیاس بزرگ‌تر، بدون شک عملکرد فعلی نیاز به بهبود دارد به این دلیل که این سناریوهای کاربردی برای عمر چرخه معمولاً آستانه‌ای دارند. به عنوان مثال، وسایل نقلیه الکتریکی به ۲۰۰۰ بار نیاز دارند، حال آنکه آستانه ذخیره انرژی در مقیاس بزرگ حدود ۵۰۰۰ برابر است.
پایداری چرخه باتری‌های سدیم ضعیف است و حداکثر مقدار لازم، نیاز به بهبود دارد و باید هزینه آن را در نظر گرفت. هزینه بسیار پایین تولید نظری لزوماً به معنای دستیابی به آن نیست. هزینه ساخت واقعی هم به کاهش بیشتر تولید در مقیاس بزرگ بستگی دارد. تنها زمانی که ظرفیت تولید بتدریج به بالاتر از مقیاس GWh افزایش یابد، مزیت هزینه مواد باتری یون سدیم ظاهر می‌شود.
اگرچه دوچرخه‌های برقی از نظر الزامات فنی نسبت به A00 و ذخیره انرژی پایین‌تر و نسبت به قیمت حساس‌تر هستند، خودروهای الکتریکی A00 از نظر پذیرش قیمت آسان‌تراند. باتری‌های لیتیومی و سدیمی ساختارهای زنجیره‌ای صنعتی و فرآیندهای تولید مشابهی دارند و می‌شود از تجربه صنعتی‌سازی باتری‌های لیتیوم یونی برای مرجع استفاده کرد.
از سیستم باتری لیتیوم یون موجود می‌شود در تولید بعضی مواد باتری استفاده کرد، مثلا روش تهیه الکترولیت مشابه توسط باتری لیتیوم یونی با تنها تفاوت در این زمینه است که ماده اولیه کربنات لیتیوم را با نمک سدیم جایگزین می‌کند و شرکت‌های الکترولیت پیشرو هم بر ذخایر فنی الکترولیت سدیم-یون تسلط دارند.
علاوه بر این، مزایای مقیاس و تجربه فنی، تولیدکنندگان باتری‌های لیتیومی را قادر می‌سازد تا از تخصص صنعت خود برای کمک به بهبود زنجیره صنعتی باتری‌های یون سدیم و تسریع ساخت، راه‌اندازی و صعود خطوط تولید استفاده کنند. بنابراین، انتظار می‌رود که تولیدکنندگان باتری‌های یون سدیم در کارآیی تکرار عملکرد سریع‌تر عمل کنند، و بتوانند پس از تأیید بازار سریع‌تر با نیازهای پایین‌دستی تنظیم و سازگار شوند.
آینده باتری‌های سدیم یون
بسته به اینکه آیا باتری سدیم یونی بتواند با موفقیت خود را با نیازهای پایین دست سازگار و تولید انبوه را آغاز کند، تأیید تجاری تنها اولین گام است و بعد از آن هنوز هم لازمست که به سرعت به تکرارهای عملکردی دست یافت. از سوی دیگر، حفظ مزیت هزینه باتری‌های لیتیومی به تلاش برای کاهش هزینه یون سدیم بستگی دارد که از حرکت ترنس‌ایمیج برای افزایش مقیاس ظرفیت تولید قابل مشاهده است.
این مساله همچنین تحت تأثیر روند قیمت منابع لیتیوم است، یعنی اینکه آیا باتری سدیم یونی همچنان می‌تواند مزیت مقرون‌بصرفه را در صورت کاهش قیمت نمک لیتیوم حفظ کند یا نه. با توجه به محدوده عمر چرخه فعلی، باتری‌های یون سدیم فقط برای بعضی از وسایل نقلیه الکتریکی کم‌سرعت، ایستگاه‌های پایه ارتباطی، مراکز داده و سایر زمینه‌های ذخیره انرژی با اندازه کوچک و متوسط مناسب‌اند.
اگر بتوان ضریب نفوذ در این زمینه‌ها را در آینده به ۳۰-۲۰٪ افزایش داد، طبق محاسبات اوراق بهادار صنعتی، ظرفیت نصب شده باتری‌های سدیم یونی در سال ۲۰۲۵ به حدود ۳۲.۶ گیگاوات ساعت خواهد رسید. با فرض اینکه ضریب نفوذ بتواند طبق داده‌های EVTank به ۱۰۰٪ برسد، فضای بازار نظری می‌تواند در سال ۲۰۲۶ به ۳۶۹.۵ گیگاوات ساعت برسد و اندازه بازار را به ۱۵۰ میلیارد RMB برساند.
روند توسعه انرژی سدیم نشان می‌دهد که تنها با شرط‌بندی روی یک مسیر فنی برای باتری‌های لیتیومی، توسعه منابع جدید انرژی در آینده ممکن است همچنان با کمبود منابع مواجه شود. مزیت ارتقاء باتری سدیم اینست که فشار عرضه باتری‌های لیتیومی را برای سناریوهای مصرف برق بالا کاهش می‌دهد و نیازهای ظرفیت نصب شده سایر میدان‌های پایین دستی را با کمک مزایای کم‌هزینه برآورده می‌کند.
منبع: Takoma Battery
برای نوشتن دیدگاه باید وارد بشوید.