Niistä natrium (Na)-ioniakut (NIB) ovat erittäin potentiaalisia seuraavan sukupolven edullisia ja ympäristöystävällisiä energian varastointiratkaisuja. Eri sovellusten vaatimat erilaiset keskeiset suorituskykyindikaattorit ja markkinoiden monipuolistuminen ovat liikkeellepaneva voima, joka vie Na-ioniteknologiaa lähemmäs markkinoita.
Tutkijaryhmä, johon kuului myös Warwickin yliopiston WMG-ryhmä, yhdisti tietämyksensä ja asiantuntemuksensa arvioidakseen Na-ioniteknologian tämänhetkistä tilannetta materiaaleista kennojen kehitykseen ja tarjoten realistisen vertailun Na-ioni-akkujen ja LIB-akkujen keskeisimmistä suorituskykyindikaattoreista.
LIB-akkujen ensisijainen rooli siirtymisessä vähähiiliseen talouteen. Markkinoiden nopean laajentumisen myötä LIB:ien massatuotantoon liittyvät ympäristölliset ja sosiaaliset haasteet herättävät kuitenkin suurta huomiota etsimään vaihtoehtoisia energian varastointiratkaisuja, jotka perustuvat materiaaleihin, jotka voidaan hankkia kestävällä ja vastuullisella tavalla. Tässä skenaariossa NIB-akut edustavat vaihtoehtoista edullista, kestävää ja ympäristöystävällisempää energiavarastointiteknologiaa.
Journal of Power Sources -lehdessä 18. syyskuuta 2020 julkaistussa artikkelissa ”Challenges of today for Na-based batteries of the future: from materials to cell metrics” suuri joukko Na-ioniteknologian asiantuntijatutkijoita WMG:n johdolla Warwickin yliopistossa (Iso-Britannia) analysoi näkymiä, joita NIB-akkujen on tarkoitus ottaa paikan energiavarastointimarkkinoilla. Artikkelissa on mukana tutkijoita myös seuraavista laitoksista: Helmholtz Institute Ulm (Saksa), College de France (Ranska), Humboldt University Berlin (Saksa), Institute for Energy technology (Norja), Université de Picardie Jules Verne (Ranska), University of Bordeaux (Ranska) ja CIC energiGUNE (Espanja).
Na-pohjaiset akut tarjoavat yhdistelmän houkuttelevia ominaisuuksia. Ne ovat edullisia, niissä käytetään kestäviä lähtöaineita ja niiden raaka-aineiden saanti on varmaa. Lisäksi niitä pidetään drop-in-teknologiana, joka voisi hyötyä jo olemassa olevista Li-ioni-akkujen valmistuslaitoksista.
Na-pohjaisia akkuja on Li-pohjaisten järjestelmien tapaan eri muodoissa, kuten Na-ioni-, Na-all-solid-state-, NaO2- ja Na/S-akkuina. Viimeksi mainittuja pidetään häiritsevinä tulevaisuuden teknologioina, mutta Na-ioniteknologia on houkutteleva teknologia, joka on lähes valmis haastamaan Li-ioniakut tietyissä sovelluksissa.
SIB-teknologian suorituskykymittarit ovat erittäin tärkeitä, jotta voidaan varmistaa kilpailukykyinen Wh-kustannus ja löytää paikka markkinoilla. Tässä työssä on tarkasteltu lupaavimpia elektrodimateriaaleja ja elektrolyyttijärjestelmiä, ja akateemisen kirjallisuuden suorituskykymittareita on käytetty ekstrapoloimaan täydellisiä natriumionikennojen suorituskykyindikaattoreita.
Tekijät osoittavat, että meneillään olevan kehityksen myötä Na-ionikennojen nykyisten parhaiden saatavilla olevien materiaalien pitäisi mahdollistaa nykyisten kaupallisten Li-ionikennojen nykyisen sukupolven energiatiheyden lähestyminen. Yksi tärkeimmistä sovelluskohteista kehitetyille natriumioniakkujen prototyypeille on varmasti kiinteät energiavarastointijärjestelmät, joissa kustannukset ja käyttöikä ovat kaksi keskeistä parametria. ”Tällä alalla natriumioniakkujen on mahdollista hallita tulevaisuuden markkinoita, sillä ne ovat lupaavin järjestelmä, jolla voidaan täyttää energiantuotannon ja -käytön välinen kuilu turvaamalla energiansaanti. Suuritehoiset sovellukset sähköistettyjen autojen alalla ovat kuitenkin potentiaalinen kapea-alainen sovelluskohde natriumbattereille”, sanoo tohtori Ivana Hasa, WMG:n apulaisprofessori.
Teknisiä parannuksia tarvitaan edelleen suorituskyvyn lisäämiseksi erityisesti energiatiheyden osalta. Na-ionitekniikassa on saavutettu erittäin rohkaisevia tuloksia hyvin lyhyessä ajassa verrattuna Li-ionitekniikkaan. Teknologiset parannukset saavutetaan optimoimalla kennokomponenttien valmistusta/kokoonpanoa, kuten on tapahtunut viimeisten kolmenkymmenen vuoden aikana LIB-teknologiassa.
Tohtori Ivana Hasa WMG:stä, Warwickin yliopistosta, kommentoi: ”Sovelletun tutkimuksen näkökulmasta katsottuna tulevat tutkimustoimet olisi suunnattava perustutkimukseen, materiaalien löytämiseen ja näiden järjestelmien kemiaa ohjaavien termodynaamisten ja kineettisten prosessien ymmärtämiseen. Lisäksi on ensiarvoisen tärkeää tutkia suurennettuja Na-ioni-akkuja, jotta saadaan realistista tietoa teknologian edistymisen vertailemiseksi ja jotta tiedeyhteisössä otetaan käyttöön yhteinen raportointimenetelmä, jonka avulla suorituskykytuloksia voidaan vertailla tasapuolisesti.”
.