Натриево-йонните батерии вече достигат енергийна плътност от 200 Wh/kg при някои усъвършенствани прототипи, което постепенно ги прави все по-сериозни конкуренти на литиево-йонните технологии. Пазарът се очаква да нарасне значително през следващите 10 години, тъй като натрият е широко разпространен, по-равномерно разпределен географски и може да намали зависимостта от по-ограничени суровини.
Международен екип от учени е анализирал последните разработки и бъдещите перспективи пред ключовите компоненти на натриево-йонните батерии (SIB). Натрият се разглежда като привлекателна алтернатива на лития в акумулаторните технологии. Суровината е широко разпространена и е по-равномерно разпределена по света, което създава потенциал за по-устойчиви и по-малко зависими от геополитически фактори вериги за доставки.
Първите търговски SIB вече са на пазара. Масовото разпространение обаче остава ограничено. Според изследователя Абабай Кетема Ворку, нарастващото търсене на достъпни и устойчиви системи за съхранение в автомобилния, промишления и енергийния сектор може да ускори разширяването на пазара през следващото десетилетие.
Подобрена енергийна плътност
Енергийната плътност остава един от най-съществените фактори при натриево-йонната технология. В момента SIB обикновено постигат между 100 и 160 Wh/kg, докато някои усъвършенствани прототипи вече достигат 200 Wh/kg.
Напредъкът се дължи основно на подобренията в електролитите и електродните материали. По-добрите електролитни формулировки увеличават йонната проводимост и електрохимичната стабилност, докато новите материали позволяват по-висок капацитет и по-добра циклична устойчивост.
Проблеми с по-големия натриев йон
Технологията има и фундаментални ограничения. Натриевият йон има по-голям радиус от литиевия, което създава по-сериозно механично натоварване върху електродните материали при многократно зареждане и разреждане.
Това може да ускори деградацията на електродите и да съкрати експлоатационния живот на клетките. Към проблема се добавят по-високите скорости на саморазреждане и все още недостатъчно развитите вериги за доставка на някои от необходимите материали.
Производството също поставя ограничения. Процесите по формулиране на суспензиите, сушене на електродите и сглобяване на клетките все още могат да бъдат неефективни, което влияе върху крайната цена и мащабирането на технологията.
Нови материали за следващия етап
Изследването разглежда пет основни групи анодни материали: сплави, интеркалационни материали, конверсионни материали, органични материали и MXene. Въглеродните, сплавните и органичните аноди показват добра циклична стабилност и капацитет за съхранение на натрий.
Конверсионните материали от своя страна предлагат висок теоретичен капацитет. Практическото им използване обаче се сблъсква с големи промени в обема при циклиране, недостатъчна електрическа проводимост, нестабилни интерфейси и структурна деградация.
Затова изследователите насочват вниманието си към нови архитектури и наноструктурирани материали. Подобни подходи могат да ограничат механичните повреди и да подобрят взаимодействието между активните материали и електролита.
От електромобили до електрическата мрежа
Стационарното съхранение на енергия е сред най-перспективните приложения на технологията. Натриево-йонните батерии могат да се използват за балансиране на натоварването, интеграция на възобновяеми източници и мащабни системи за съхранение.
Тук енергийната плътност има по-малко значение, защото теглото и размерът на батерията не са толкова критични, колкото при електромобилите. По-ниската цена и достъпността на суровините могат да се окажат по-важни при изграждането на големи системи, които съхраняват електроенергия от соларни и вятърни централи.
Все пак технологията навлиза и в транспорта. Натриево-йонните батерии вече привличат интерес в автомобилната индустрия, особено при електрически двуколесни и триколесни превозни средства, където по-ниската цена може да компенсира по-ниската енергийна плътност.
При електромобилите с по-голям пробег литиево-йонните батерии все още имат значително предимство. При градска мобилност, стационарно съхранение и приложения, при които цената и достъпността на суровините са водещи фактори, натриево-йонната технология има по-благоприятна позиция.
