Mezi nimi mají sodíkové (Na)-iontové baterie (NIB) velký potenciál představovat novou generaci nízkonákladových a ekologických řešení pro skladování energie. Různorodé klíčové ukazatele výkonnosti požadované různými aplikacemi a diverzifikace trhu jsou hnací silou, která tlačí Na-iontové technologie blíže k trhu.
Tým vědců včetně WMG z University of Warwick spojil své znalosti a zkušenosti, aby zhodnotil současný stav Na-iontové technologie od materiálů až po vývoj článků a nabídl realistické srovnání klíčových ukazatelů výkonnosti NB a LIB.
LIB hrají primární roli při přechodu na nízkouhlíkové hospodářství. S rychlým rozvojem trhu však environmentální a sociální problémy spojené s masovou výrobou LIB vyvolávají velkou pozornost směrem k hledání alternativních řešení skladování energie založených na materiálech, které lze získávat udržitelným a odpovědným způsobem. V tomto scénáři představují NIB alternativní nízkonákladovou, udržitelnou a k životnímu prostředí šetrnější technologii skladování energie.
V článku „Challenges of today for Na-based batteries of the future: from materials to cell metrics“, zveřejněném 18. září 2020 v časopise Journal of Power Sources, analyzuje velký tým vědeckých odborníků na Na-iontové technologie pod vedením WMG na Univerzitě ve Warwicku (Velká Británie) vyhlídky NIB na získání místa na trhu skladování energie. Na článku se podílejí také vědci z: Helmholtzova institutu v Ulmu (Německo), College de France (Francie), Humboldtovy univerzity v Berlíně (Německo), Institutu pro energetické technologie (Norsko), Université de Picardie Jules Verne (Francie), Univerzity v Bordeaux (Francie) a CIC energiGUNE (Španělsko).
Baterie na bázi Na- nabízí kombinaci atraktivních vlastností. Jsou levné, využívají udržitelné prekurzory a mají zajištěné dodávky surovin. Kromě toho jsou považovány za technologii drop-in, která by mohla těžit z již existujících výrobních zařízení na Li-ion baterie.
Stejně jako systémy na bázi Li, i baterie na bázi Na se vyrábějí v různých formách, jako jsou Na-ion, Na-all-solid-state-batteries, NaO2 a Na/S. Zatímco poslední jmenované jsou považovány za převratné technologie budoucnosti, Na-iontová technologie představuje atraktivní technologii téměř připravenou vyzvat Li-iontové baterie ve specifických aplikacích.
Metriky výkonu jsou pro technologii SIB nesmírně důležité, aby zajistily konkurenceschopné náklady na Wh a našly si místo na trhu. V této práci byl proveden přehled nejslibnějších elektrodových materiálů a elektrolytových systémů a výkonnostní metriky z akademické literatury byly použity k extrapolaci ukazatelů plné výkonnosti sodíkových článků.
Autoři uvádějí, že s pokračujícím vývojem by současné nejlepší dostupné materiály pro Na-ion články měly umožnit přiblížit se energetické hustotě současné generace komerčních Li-ion článků. Jednou z nejdůležitějších oblastí použití vyvinutých prototypů sodíko-iontových baterií jsou jistě stacionární systémy skladování energie, kde náklady a životnost cyklu představují dva základní parametry. „V této oblasti mají sodíko-iontové baterie potenciál dominovat budoucímu trhu a představují nejslibnější systém pro vyplnění mezery mezi výrobou a využitím energie zajištěním jejích dodávek. Vysoce výkonné aplikace v oblasti elektrifikovaných automobilů jsou však potenciální aplikační nikou pro NIB,“ říká Dr. Ivana Hasa, odborná asistentka na WMG.
Je zapotřebí dalších technologických zlepšení, aby se zvýšil výkon, zejména pokud jde o hustotu energie. Mimořádně povzbudivých výsledků bylo dosaženo u Na-iontové technologie ve velmi krátké době ve srovnání s Li-iontovou technologií. Technologického zlepšení bude dosaženo optimalizací výroby/montáže součástek článků, k čemuž došlo v posledních třiceti letech u technologie LIB.
Dr Ivana Hasa z WMG, University of Warwick komentuje: „V případě technologie LIB se jedná o technologii s nízkou energií: „Z hlediska aplikovaného výzkumu by mělo být budoucí výzkumné úsilí věnováno základnímu výzkumu, objevování materiálů a pochopení termodynamických a kinetických procesů řídících chemii těchto systémů. Kromě toho je pro získání realistických údajů k porovnání pokroku této technologie a také pro přijetí společné metodiky podávání zpráv ve vědecké komunitě, která by umožnila spravedlivé porovnání výsledků výkonnosti, prvořadý význam zkoumání zvýšených Na-iontových baterií.“
.