Közöttük a nátrium (Na)-ion-akkumulátorok (NIB) nagy potenciállal rendelkeznek, hogy a következő generációs, alacsony költségű és környezetbarát energiatárolási megoldást képviseljék. A különböző alkalmazások által megkövetelt különböző kulcsfontosságú teljesítménymutatók és a piaci diverzifikáció az a hajtóerő, amely a Na-ion technológiát közelebb viszi a piachoz.
A Warwicki Egyetem WMG-t is magában foglaló tudóscsoportja egyesítette tudását és szakértelmét, hogy felmérje a Na-ion technológia jelenlegi helyzetét az anyagoktól a cellafejlesztésig, reális összehasonlítást kínálva az NB-k és a LIB-k kulcsfontosságú teljesítménymutatóiról.
A LIB-k elsődleges szerepet játszanak az alacsony szén-dioxid-kibocsátású gazdaságra való átállásban. A piac gyors bővülésével azonban a LIB-ek tömeggyártásával járó környezeti és társadalmi kihívások nagy figyelmet irányítanak a fenntartható és felelős módon beszerezhető anyagokon alapuló alternatív energiatárolási megoldások keresésére. Ebben a forgatókönyvben a NIB-ek alternatív, alacsony költségű, fenntartható és környezetbarátabb energiatárolási technológiát jelentenek.
A Journal of Power Sources folyóiratban 2020. szeptember 18-án megjelent “Challenges of today for Na-based batteries of the future: from materials to cell metrics” című tanulmányban a Warwicki Egyetem (UK) WMG által vezetett, Na-ion technológiában jártas tudósokból álló nagy csapat elemzi a NIB-ek energiatárolási piacon való megjelenésének kilátásait. A tanulmányban a következők kutatói is részt vesznek: Helmholtz Institute Ulm (Németország), College de France (Franciaország), Humboldt Egyetem Berlin (Németország), Institute for Energy technology (Norvégia), Université de Picardie Jules Verne (Franciaország), University of Bordeaux (Franciaország) és CIC energiGUNE (Spanyolország).
A Na-alapú akkumulátorok vonzó tulajdonságok kombinációját kínálják. Alacsony költségűek, fenntartható prekurzorokat használnak és biztonságos nyersanyagellátással rendelkeznek. Ráadásul olyan “drop-in” technológiának számítanak, amely hasznot húzhat a már meglévő Li-ion akkumulátorokat gyártó létesítményekből.
A Li-alapú rendszerekhez hasonlóan a Na-alapú akkumulátorok is különböző formákban léteznek, mint például Na-ion, Na-all-solid-state-akkumulátorok, NaO2 és Na/S. Míg az utóbbiakat a jövő zavaró technológiáinak tekintik, a Na-ion technológia vonzó technológiát képvisel, amely szinte készen áll arra, hogy bizonyos alkalmazásokban kihívást jelentsen a Li-ion akkumulátoroknak.
A SIB-technológia számára a teljesítménymutatók rendkívül fontosak ahhoz, hogy versenyképes Wh-onkénti költséget biztosítson, és megtalálja helyét a piacon. Ebben a munkában áttekintették a legígéretesebb elektródanyagokat és elektrolitrendszereket, és a tudományos szakirodalomból származó teljesítménymetrikákat használták a teljes nátriumioncellák teljesítménymutatóinak extrapolálásához.
A szerzők szerint a folyamatban lévő fejlesztésekkel a Na-ioncellákhoz jelenleg rendelkezésre álló legjobb anyagoknak lehetővé kell tenniük a jelenlegi generációs kereskedelmi Li-ioncellák energiasűrűségének megközelítését. A kifejlesztett nátriumion-akkumulátor prototípusok egyik legfontosabb alkalmazási területe minden bizonnyal a helyhez kötött energiatároló rendszerek, ahol a költség és az élettartam két alapvető paramétert jelent. “Ezen a területen a nátriumion-akkumulátorok dominálhatják a jövőbeli piacot, mivel a legígéretesebb rendszert jelentik az energiatermelés és -felhasználás közötti szakadék kitöltésére az energiaellátás biztosításával. Ugyanakkor a nagy teljesítményű alkalmazások a villamosított gépjárművek területén potenciális hiánypótló alkalmazási területet jelentenek a NIB-ek számára” – mondja Dr. Ivana Hasa, a WMG adjunktusa.
A teljesítmény növeléséhez további technológiai fejlesztésekre van szükség, különösen az energiasűrűség tekintetében. A Na-ion technológia esetében a Li-ion technológiához képest nagyon rövid idő alatt rendkívül biztató eredményeket értek el. A technológiai fejlődést a cellakomponensek gyártásának/összeszerelésének optimalizálásával lehet majd elérni, ahogyan az elmúlt harminc évben a LIB-technológia esetében is történt.
Dr. Ivana Hasa, a Warwicki Egyetem WMG munkatársa megjegyzi: “Alkalmazott kutatási szempontból a jövőbeni kutatási erőfeszítéseket az alapkutatásra, az anyagok felfedezésére és az e rendszerek kémiáját szabályozó termodinamikai és kinetikai folyamatok megértésére kell fordítani. Ezen túlmenően a felskálázott Na-ion akkumulátorok vizsgálata elsődleges fontosságú, hogy reális adatokat kapjunk a technológia fejlődésének mérésére, valamint a tudományos közösségben a teljesítményeredmények tisztességes összehasonlítását lehetővé tevő közös jelentési módszertan elfogadása érdekében.”
.