Men blandt dem har natrium (Na)-ion-batterier (NIB’er) et stort potentiale til at udgøre den næste generation af billige og miljøvenlige energilagringsløsninger. De forskellige nøgleindikatorer for ydeevne, der kræves af forskellige anvendelser, og markedsdiversificeringen er drivkraften, der skubber Na-ion-teknologien tættere på markedet.
Et hold af forskere, herunder WMG ved University of Warwick, har kombineret deres viden og ekspertise for at vurdere den nuværende status for Na-ion-teknologien fra materialer til celleudvikling og tilbyder en realistisk sammenligning af nøgleindikatorer for NB’er og LIB’er.
LIB’er spiller en primær rolle i overgangen til en lavemissionsøkonomi. Men efterhånden som markedet ekspanderer hurtigt, udløser de miljømæssige og sociale udfordringer, der er forbundet med masseproduktion af LIB’er, stor opmærksomhed på at søge efter alternative energilagringsløsninger baseret på materialer, der kan fremskaffes på en bæredygtig og ansvarlig måde. I dette scenario udgør NIB’er en alternativ, billig, bæredygtig og mere miljøvenlig energilagringsteknologi.
I artiklen “Challenges of today for Na-based batteries of the future: from materials to cell metrics”, der blev offentliggjort den 18. september 2020 i Journal of Power Sources, analyserer et stort hold af eksperter i Na-ion-teknologi under ledelse af WMG ved University of Warwick (UK) udsigten til, at NIB’er kan indtage en plads på markedet for energilagring. I artiklen indgår også forskere fra: Helmholtz Institute Ulm (Tyskland), College de France (Frankrig), Humboldt University Berlin (Tyskland), Institute for Energy Technology (Norge), Université de Picardie Jules Verne (Frankrig), University of Bordeaux (Frankrig) og CIC energiGUNE (Spanien).
Na-baserede batterier tilbyder en kombination af attraktive egenskaber. De er billige, bruger bæredygtige prækursorer og har sikre råstofforsyninger. Desuden betragtes de som en drop-in-teknologi, der kan drage fordel af de allerede eksisterende produktionsfaciliteter for Li-ion-batterier.
Som Li-baserede systemer findes Na-baserede batterier i forskellige former, f.eks. Na-ion-, Na-all-solid-state-batterier, NaO2 og Na/S. Mens de sidstnævnte betragtes som forstyrrende fremtidige teknologier, er Na-ion-teknologien en attraktiv teknologi, der næsten er klar til at udfordre Li-ion-batterierne i specifikke anvendelser.
Performancemålinger er af største betydning for SIB-teknologien for at sikre en konkurrencedygtig pris pr. Wh og finde en plads på markedet. I dette arbejde er de mest lovende elektrodematerialer og elektrolytsystemer blevet gennemgået, og præstationsmålinger fra den akademiske litteratur er blevet anvendt til at ekstrapolere præstationsindikatorerne for fuldstændige natriumionceller.
Forfatterne angiver, at med den igangværende udvikling bør de bedste materialer, der i øjeblikket er til rådighed til Na-ionceller, gøre det muligt at nærme sig energitætheden for den nuværende generation af kommercielle Li-ion-celler. Et af de vigtigste anvendelsesområder for de udviklede natrium-ion-batteriprototyper er helt sikkert stationære energilagringssystemer, hvor omkostninger og levetid udgør to grundlæggende parametre. “På dette område har natrium-ion-batterier potentiale til at dominere det fremtidige marked og er det mest lovende system til at udfylde kløften mellem energiproduktion og -udnyttelse ved at sikre energiforsyningen. Men applikationer med høj effekt inden for elektrificerede biler er et potentielt nicheområde for NIB’er”, siger Dr. Ivana Hasa, assisterende professor ved WMG.
Der er behov for yderligere teknologiske forbedringer for at øge ydeevnen, især med hensyn til energitæthed. Der er opnået ekstremt opmuntrende resultater for Na-ion-teknologien på meget kort tid sammenlignet med Li-ion-teknologien. Teknologiske forbedringer vil blive opnået ved at optimere fremstillingen/samlingen af cellekomponenter, som det er sket i de sidste tredive år for LIB-teknologien.
Dr. Ivana Hasa fra WMG, University of Warwick, kommenterer: “Ud fra et anvendt forskningssynspunkt bør den fremtidige forskningsindsats være koncentreret om grundforskning, materialeopdagelse og forståelse af de termodynamiske og kinetiske processer, der styrer kemien i disse systemer. Desuden er det af afgørende betydning at undersøge opskalerede Na-ion-batterier for at opnå realistiske data til benchmarking af teknologiens fremskridt samt at vedtage en fælles rapporteringsmetode i det videnskabelige samfund, der gør det muligt at foretage en retfærdig sammenligning af resultaterne.”