Printre acestea, bateriile cu ioni de sodiu (Na) (NIB) au un mare potențial de a reprezenta următoarea generație de soluții de stocare a energiei cu costuri reduse și ecologice. Diversitatea indicatorilor-cheie de performanță necesari pentru diferite aplicații și diversificarea pieței reprezintă forța motrice care împinge tehnologia Na-ion mai aproape de piață.
O echipă de oameni de știință, inclusiv WMG de la Universitatea din Warwick, și-a combinat cunoștințele și expertiza pentru a evalua stadiul actual al tehnologiei Na-ion, de la materiale până la dezvoltarea celulelor, oferind o comparație realistă a indicatorilor-cheie de performanță pentru NB-uri și LIB-uri.
LIB-urile joacă un rol principal în tranziția către o economie cu emisii reduse de carbon. Cu toate acestea, pe măsură ce piața se extinde rapid, provocările sociale și de mediu asociate cu producția în masă a LIB-urilor declanșează o mare atenție față de căutarea unor soluții alternative de stocare a energiei bazate pe materiale care pot fi obținute într-un mod durabil și responsabil. În acest scenariu, BNI reprezintă o tehnologie alternativă de stocare a energiei cu costuri reduse, sustenabilă și mai ecologică.
În lucrarea „Challenges of today for Na-based batteries of the future: from materials to cell metrics” (Provocările de astăzi pentru bateriile pe bază de Na ale viitorului: de la materiale la metrica celulelor), publicată la 18 septembrie 2020 în Journal of Power Sources (Jurnalul surselor de energie), o echipă mare de oameni de știință experți în tehnologia Na-ion, condusă de WMG, de la Universitatea din Warwick (Regatul Unit), analizează perspectiva ca BNI să ocupe un loc pe piața de stocare a energiei. Lucrarea include, de asemenea, cercetători de la: Institutul Helmholtz Ulm (Germania), College de France (Franța), Universitatea Humboldt din Berlin (Germania), Institutul pentru tehnologie energetică (Norvegia), Université de Picardie Jules Verne (Franța), Universitatea din Bordeaux (Franța) și CIC energiGUNE (Spania).
Baterii pe bază de na- oferă o combinație de proprietăți atractive. Acestea au un cost redus, utilizează precursori sustenabili și au rezerve sigure de materii prime. În plus, ele sunt considerate o tehnologie „drop-in” care ar putea beneficia de instalațiile de producție a bateriilor Li-ion deja existente.
Ca și sistemele pe bază de Li, bateriile pe bază de Na se prezintă sub diferite forme, cum ar fi bateriile Na-ion, bateriile Na-all-solid-state-batteries, NaO2 și Na/S. În timp ce ultimele sunt considerate tehnologii viitoare disruptive, tehnologia Na-ion reprezintă o tehnologie atractivă, aproape gata să provoace bateriile Li-ion în aplicații specifice.
Metricele de performanță sunt de cea mai mare importanță pentru tehnologia SIB pentru a asigura un cost competitiv pe Wh și pentru a-și găsi un loc pe piață. În această lucrare, au fost trecute în revistă cele mai promițătoare materiale de electrozi și sisteme de electrolit și au fost utilizați parametrii de performanță din literatura academică pentru a extrapola indicatorii de performanță ai pilelor cu ioni de sodiu complete.
Autorii indică faptul că, odată cu dezvoltarea în curs, cele mai bune materiale disponibile în prezent pentru pilele cu ioni de Na ar trebui să permită apropierea de densitatea de energie a actualei generații de pile comerciale Li-ion. Unul dintre cele mai importante domenii de aplicare pentru prototipurile de baterii cu ioni de sodiu dezvoltate este, cu siguranță, sistemele staționare de stocare a energiei, unde costul și durata de viață a ciclului reprezintă doi parametri fundamentali. „În acest domeniu, bateriile cu ioni de sodiu au potențialul de a domina piața viitoare, reprezentând cel mai promițător sistem pentru a umple golul dintre producția și utilizarea energiei, asigurând aprovizionarea cu energie. Cu toate acestea, aplicațiile de mare putere în domeniul automobilelor electrificate reprezintă o potențială aplicație de nișă în domeniu pentru NIB-uri”, spune Dr. Ivana Hasa, profesor asistent la WMG.
Sunt necesare îmbunătățiri tehnologice suplimentare pentru a crește performanța, în special în ceea ce privește densitatea energetică. Au fost obținute rezultate extrem de încurajatoare pentru tehnologia Na-ion într-un timp foarte scurt în comparație cu tehnologia Li-ion. Îmbunătățirea tehnologică va fi obținută prin optimizarea fabricării/asamblării componentelor celulelor, așa cum s-a întâmplat în ultimii treizeci de ani pentru tehnologia LIB.
Dr. Ivana Hasa, de la WMG, Universitatea din Warwick, comentează: „Din punctul de vedere al cercetării aplicate, eforturile viitoare de cercetare ar trebui să fie dedicate cercetării fundamentale, descoperirii materialelor și înțelegerii proceselor termodinamice și cinetice care guvernează chimia acestor sisteme. În plus, investigarea bateriilor Na-ion la scară superioară este de o importanță primordială pentru a obține date realiste care să permită evaluarea comparativă a progresului tehnologiei, precum și adoptarea unei metodologii comune de raportare în comunitatea științifică care să permită o comparație corectă între rezultatele de performanță.”
.