Pośród nich akumulatory sodowo-jonowe (Na)-ionowe (NIBs) mają wielki potencjał, aby reprezentować następną generację tanich i przyjaznych dla środowiska rozwiązań magazynowania energii. Zróżnicowane kluczowe wskaźniki wydajności wymagane przez różne aplikacje i dywersyfikacja rynku są siłą napędową, która przybliża technologię Na-ion do rynku.
Zespół naukowców, w tym WMG na Uniwersytecie Warwick, połączył swoją wiedzę i doświadczenie, aby ocenić obecny status technologii Na-ion od materiałów do rozwoju ogniw, oferując realistyczne porównanie kluczowych wskaźników wydajności dla NB i LIB.
LIB odgrywają podstawową rolę w przejściu do gospodarki niskoemisyjnej. Jednak w miarę szybkiego rozwoju rynku, wyzwania środowiskowe i społeczne związane z masową produkcją LIB-ów powodują, że dużą uwagę poświęca się poszukiwaniu alternatywnych rozwiązań w zakresie magazynowania energii, opartych na materiałach, które mogą być pozyskiwane w sposób zrównoważony i odpowiedzialny. W tym scenariuszu, NIB stanowią alternatywną, tanią, zrównoważoną i bardziej przyjazną środowisku technologię magazynowania energii.
W pracy „Challenges of today for Na-based batteries of the future: from materials to cell metrics”, opublikowanej 18 września 2020 roku w Journal of Power Sources, duży zespół naukowców-ekspertów w dziedzinie technologii Na-ion, kierowany przez WMG, na Uniwersytecie w Warwick (Wielka Brytania) analizuje perspektywę zajęcia przez NIB miejsca na rynku magazynowania energii. Dokument zawiera również naukowców z: Helmholtz Institute Ulm (Niemcy), College de France (Francja), Humboldt University Berlin (Niemcy), Institute for Energy technology (Norwegia), Université de Picardie Jules Verne (Francja), University of Bordeaux (Francja) i CIC energiGUNE (Hiszpania).
Baterie oparte na Na-ionach oferują kombinację atrakcyjnych właściwości. Są tanie, wykorzystują zrównoważone prekursory i mają bezpieczne dostawy surowców. Ponadto, są one uważane za technologię typu drop-in, która może korzystać z już istniejących zakładów produkujących akumulatory Li-ion.
Tak jak systemy oparte na Li-, akumulatory oparte na Na występują w różnych formach, takich jak Na-ion, Na-all-solid-state-batteries, NaO2 i Na/S. Podczas gdy ostatnie z nich są postrzegane jako przełomowe technologie przyszłości, technologia Na-ion reprezentuje atrakcyjną technologię prawie gotową do rzucenia wyzwania akumulatorom Li-ion w określonych zastosowaniach.
Performance metrics are of utmost importance for the SIB technology to ensure a competitive cost per Wh and find a place in the market. W niniejszej pracy dokonano przeglądu najbardziej obiecujących materiałów elektrodowych i systemów elektrolitowych oraz wykorzystano metryki wydajności z literatury akademickiej do ekstrapolacji wskaźników wydajności pełnych ogniw sodowo-jonowych.
Autorzy wskazują, że przy ciągłym rozwoju, obecne najlepsze materiały dostępne dla ogniw Na-ion powinny pozwolić na zbliżenie się do gęstości energii obecnej generacji komercyjnych ogniw Li-ion. Jednym z najważniejszych obszarów zastosowań dla opracowanych prototypów baterii sodowo-jonowych są z pewnością stacjonarne systemy magazynowania energii, gdzie koszt i żywotność cyklu stanowią dwa podstawowe parametry. „W tej dziedzinie baterie sodowo-jonowe mają potencjał, aby zdominować przyszły rynek, stanowiąc najbardziej obiecujący system wypełnienia luki pomiędzy produkcją energii a jej wykorzystaniem poprzez zabezpieczenie dostaw energii. Jednak aplikacje o wysokiej mocy w zelektryfikowanym obszarze motoryzacyjnym są potencjalnie niszowym zastosowaniem NIBs” – mówi dr Ivana Hasa, adiunkt na WMG.
Potrzebne są dalsze ulepszenia technologiczne w celu zwiększenia wydajności, szczególnie w zakresie gęstości energii. Niezwykle zachęcające wyniki osiągnięto dla technologii Na-ion w bardzo krótkim czasie w porównaniu do technologii Li-ion. Poprawa technologiczna zostanie osiągnięta poprzez optymalizację produkcji/ montażu komponentów ogniw, tak jak miało to miejsce w ciągu ostatnich trzydziestu lat w przypadku technologii LIB.
Dr Ivana Hasa, z WMG, University of Warwick komentuje: „Z punktu widzenia badań stosowanych, przyszłe wysiłki badawcze powinny być poświęcone na badania podstawowe, odkrywanie materiałów i zrozumienie procesów termodynamicznych i kinetycznych rządzących chemią tych systemów. Ponadto, badanie powiększonych baterii jonowo-jonowych ma pierwszorzędne znaczenie dla uzyskania realistycznych danych w celu porównania postępów technologii, jak również dla przyjęcia wspólnej metodologii raportowania w środowisku naukowym, umożliwiającej uczciwe porównanie wyników wydajności.”