Jeftinije, dostupnije i bez uništavanja životne sredine: Prednosti natrijum-jonske alternative litijumu

Natrijum-jonske (Na-jonske) baterije, daleko brojnija i jeftinija alternativa standardnim litijum-jonskim, na ivici su komercijalizacije, tvrde istraživači Karlos Ruiz, Martina Lajons, Isak Elizondo Garsija i Džaoju Vu iz Međunarodne agencije za obnovljivu energiju (IRENA), organizacije koja ima mandat da olakša saradnju, unapredi znanje i promoviše usvajanje i održivo korišćenje obnovljive energije.

Kako se navodi u istraživanju, očekuje se da će cena ćelije natrijum jonske baterije biti duplo jeftnija od litijum-jonskih baterija. Ova alternativna ima dve velike prednosti - daleko manji negativni uticaj na prirodu i niža cena.

Osim toga ove baterije su bezbednije i kada se pogleda opseg radne temperature i stabilnost. Imaju kraće vreme punjenja i duži vek trajanja.

Ipak, ova baterija ima nižu gustinu energije, što ih čini glomaznijim i težim, ali, kako se navodi u istraživanju, ona je i dalje je dovoljno dobra za električna vozila gradskog opsega. Međutim, na proširenju ospega se intenzivno radi. Kineski proizvođači su već najavili vozila sa baterijom dometa od 250 kilometara.

Predviđa se da će proizvodni kapacitet porasti sa 42 Gwh (gigavat časova) godišnje u 2023. na 186 GWh godišnje do 2030. godine. Kina je početkom 2023. godine napravila i prvo vozilo sa natrijum-jonskom baterijom.

Ipak, ono gde bi natrijum-jonske baterije trebalo da se pokažu kao daleko bolje rešenje jesu - za stacionarnu mrežu i skladištenje energije za koje će biti neophodni ogromni kapaciteti, a gde veličina baterija nije ograničavajući faktor.

U IRENA očekuju da će potražnja za električnom energijom 2050. godine biti tri puta veća nego danas.

Manje štetna 1.000 puta dostupnija

Natrijum-jonske baterije su slične po dizajnu i konstrukciji litijum-jonskim baterijama, ali se oslanjaju na natrijumova jedinjenja, a ne na litijum.

Natrijuma ima oko 1.000 puta više od litijuma, što znači da bi ova tehnologija potencijalno mogla da ublaži probleme sa snabdevanjem baterija zasnovanih na litijumu, poput nestabilnosti troškova i uticaju na životnu sredinu preradom litijuma.

Kako je navedeno u istraživanju, proizvodnja natrijum-jonskih baterija se uglavnom oslanja na soda pepeo kao prekursor natrijuma, jedinjenje koje je daleko bogatije i održivije za ekstrakciju i prečišćavanje od litijuma, što ga čini nižim troškovima i manje podložnim problemima dostupnosti resursa i promenljivosti cena.

Osim prirodne, ova može da se proizvodi i veštački, od soli i krečnjaka kroz Solvai proces, otvarajući mogućnost da se proizvodi praktično širom sveta.

Za i protiv

Kako je navedeno na početku teksta, cena natrijum jonskih baterija po kilovat času je daleko povoljnija. Predviđa se da će se tokom ove godine kretati u proseku od 60 dolara po kilovat času, dok je prosek litijum-jonskih 120 dolara.

Natrijum-jonske baterije imaju prednost u pogledu održivosti u poređenju sa Li-jonskim baterijama, čime bi mogla u dobroj meri da se smanji potreba za kritičnim mineralima, poput litijuma, kobalta, nikla, čije vađenje i prerada imaju po pravilu devastirajući uticaj na životnu sredinu.
U pogledu bezbednosti, natrijum-jonske baterije su pokazale obećavajuće rezultate, imaju širi opseg radnih temperatura i stabilniju anodno-elektrolitnu mešavinu od Li-jonskih baterija, kao i mogućnost da se bezbedno transportuju potpuno ispražnjene.

U pogledu performansi, natrijum-jonske baterije imaju odlično zadržavanje kapaciteta, čak i pri niskim temperaturama, brzo vreme punjenja i duži životni vek - 80% zadržavanje kapaciteta nakon 4.000-5.000 ciklusa - od litijumskih baterija.

Jedno od glavnih ograničenja ovih baterija je njihova energetska gustina, jer niža gustina energije znači i veće i teže baterije.

Najnovije najave nekih proizvođača baterija pominju gustinu energije od 160 vat časova po kilogramu (wh/kg) za ove baterije, ali pominje da i 25 odsto veća gustina (200 Wh/kg) kao njihovu sledeća prekretnica. Kada se uporedi sa nekim litijum-jonskim baterijama niže klase, one su i dalje slabije. Primera radi, Tesla baterije imaju gustinu 250 Wh/kg.

Ove karakteristike čine natrijum-jonske baterije pogodnim za upotrebu u brojnim slučajevima. Pre svega kada je u pitanju skladištenje. Niska cena, dug životni vek, bezbednost i karakteristike performansi Na-jonskih baterija, uparene sa činjenicom da veličina i težina nisu velika briga za stacionarne primene, mogli bi ih učiniti konkurentnim Li-jonskim baterijama.

Uskoro komercijalizacija, predvođena Kinom

Interesovanje za Na-jonske baterije stalno raste i ostavlja utisak da je ova tehnologija veoma blizu trenutka proboja. Ovo je posebno evidentno kada se pogleda veliki broj najavljenih projekata i veoma ambiciozni planovi nekih proizvođača da uvedu Na-ion električna vozila i dođu do komercijalne proizvodnje Na-jonskih baterija uskoro.
Natrijum-jonske baterije razvija nekoliko kompanija, uglavnom u Kini, a predviđa se da će proizvodni kapacitet porasti sa 42 gigavat časova godišnje (GWh) u 2023. na 186 GWh/godišnje do 2030. godine. Ovaj kapacitet bi bio dovoljan za napajanje 4,6 miliona električnih vozila proizvedenih godišnje, pod pretpostavkom kapaciteta od 40 kWh po vozilu.

Za ovu 2024. godinu najavljen je veliki projekat sistema za skladištenje energije baterija (BESS) u provinciji Hubeiju, Kina, koji koristi tehnologiju natrijum-jona. Izgradnja je već počela na projektu snage 100 megavat časova u gradu Kianjiangu.

Ovaj projekat trebalo bi da bude završen do kraja 2024. godine, čime bi BESS postao najveći objekat na svetu koji koristi natrijum-jonsku tehnologiju.

Osim njih, radi se na još nekoliko načina skladištenja i čuvanja energije. Na jednom takvom projektu rade i naučnici iz Srbije.