Σύμφωνα με την ιστοσελίδα CleanTechnica, ένας βασικός τομέας ενδιαφέροντος είναι το νάτριο που αποτελεί περίπου το 40% του απλού επιτραπέζιου αλατιού.
Το νάτριο όμως είναι βαρύ και άφθονο.
Ωστόσο, οι μπαταρίες από τέτοιο υλικό αρχίζουν να εισχωρούν στην κύρια αγορά αφού είναι σχετικά φθηνές και απαλλαγμένες από ακανθώδη ζητήματα της εφοδιαστικής αλυσίδας.
Μπαταρίες νατρίου για πολλές εφαρμογές
Η Royal Chemistry Society θεωρεί το νάτριο ως «έκτο πιο κοινό στοιχείο στη Γη», που αποτελεί περίπου το 2,6% του φλοιού της Γης.
«Το νάτριο είναι ένα βαρύτερο στοιχείο από το λίθιο, με ατομικό βάρος 3,3 φορές μεγαλύτερο από το λίθιο (νάτριο 23 g/mol έναντι λιθίου 6,9 g/mol), σημειώνει ο Shazan Siddiqi της ερευνητικής εταιρείας IDTechEx.
Εάν όλα πάνε σύμφωνα με το σχέδιο, η Acculon αναμένει ότι η παραγωγή των νέων της μπαταριών ιόντων νατρίου θα ξεκινήσει σε πιλοτική κλίμακα αυτή την άνοιξη και θα φτάσει στην κλίμακα των 2 γιγαβατώρων μέχρι τα μέσα του τρέχοντος έτους.
Σύμφωνα με το δελτίο Τύπου της Acculon που εκδόθηκε στις 4 Ιανουαρίου «Είναι σημαντικό ότι οι μπαταρίες ιόντων νατρίου είναι απαλλαγμένες από ορυκτά σύγκρουσης ή υλικά υψηλής ποιότητας όπως ανθρακικό λίθιο ή κοβάλτιο, αυξάνοντας το προφίλ βιωσιμότητας μεταξύ των προηγμένων χημικών μπαταριών».
Η Acculon έχει ήδη ένα ευρύ πεδίο εμπειρίας αποθήκευσης ενέργειας και εξετάζει ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών για τη νέα μπαταρία.
«Η Acculon είναι έτοιμη να συμβάλει σε μια νέα εποχή ηλεκτρισμού στον χειρισμό υλικών, τη ρομποτική, τα αυτόνομα καθοδηγούμενα οχήματα, τα λιμενικά οχήματα, τα καρότσια γκολφ, τη ναυτιλία, την αεροπορία, τα ηλεκτρικά εργαλεία, τα powersports, το γκαζόν και τον κήπο, τα κοινοτικά ηλεκτρικά οχήματα, την αεροδιαστημική, τη γεωργία και περισσότερα», ανέφερε με ενθουσιασμό η εταιρεία.
Καλύτερες μπαταρίες νατρίου για ηλεκτρικά οχήματα
Αν και οι μπαταρίες νατρίου έχουν γενικά μικρότερο εύρος οδήγησης από τις αντίστοιχες ιόντων λιθίου, μπορούν να προσφέρουν λύσεις ηλεκτροδότησης χαμηλού κόστους για καταστάσεις στις οποίες μια πιο ακριβή, premium μπαταρία δεν αξίζει το επιπλέον κόστος.
Την περασμένη εβδομάδα, το Εθνικό Εργαστήριο Argonne παρείχε μια ενημέρωση σχετικά με την έρευνα για τις μπαταρίες ιόντων νατρίου και τα πράγματα φαίνονται καλά.
Στις αρχές της δεκαετίας του 2000, το Argonne ανέπτυξε μια κάθοδο που χρησιμοποιήθηκε από τη General Motors για να λανσάρει το υβριδικό Chevy Volt και το Chevy Bolt EV στο δρόμο με μπαταρίες ιόντων λιθίου επί του σκάφους και το εργαστήριο προσπαθεί να ξεπεράσει το νάτριο.
«Ερευνητές στο Εθνικό Εργαστήριο Argonne του Υπουργείου Ενέργειας των ΗΠΑ (DOE) εφηύραν και κατοχύρωσαν ένα νέο υλικό καθόδου που αντικαθιστά τα ιόντα λιθίου με νάτριο και θα ήταν σημαντικά φθηνότερο.
Η κάθοδος είναι ένα από τα κύρια μέρη κάθε μπαταρίας. Είναι η τοποθεσία της χημικής αντίδρασης που δημιουργεί τη ροή του ηλεκτρισμού που ωθεί ένα όχημα», όπως ανέφερε το εργαστήριο στο δελτίο Τύπου που εκδόθηκε στις 8 Ιανουαρίου.
Μπαταρίες χαμηλότερου κόστους
Οι συγκεκριμένες μπαταρίες αναμένεται να είναι πιο βολικές από πλευράς χρημάτων ίσως και λόγω της αφθονίας του νατρίου.
«Οι εκτιμήσεις μας υποδηλώνουν ότι μια μπαταρία ιόντων νατρίου θα κοστίζει κατά 1/3 λιγότερο από μια μπαταρία ιόντων λιθίου», δήλωσε ο Christopher Johnson (ανώτερος χημικός και διακεκριμένος συνεργάτης στο εργαστήριο Argonne).
«Το νάτριο είναι πολύ πιο άφθονο στη φύση και εξορύσσεται εύκολα από το λίθιο.
Επιπλέον, εκτός από νάτριο, το υλικό της καθόδου περιέχει κυρίως σίδηρο και μαγγάνιο. Αμφότερα τα στοιχεία είναι παγκοσμίως άφθονα και δεν περιλαμβάνονται στη λίστα των απειλούμενων με εξαφάνιση.
Οι μπαταρίες ιόντων νατρίου διατηρούν επίσης την απόδοση φόρτισης σε θερμοκρασίες κάτω από το πάγωμα», παρατηρεί το εργαστήριο.
Συμβατότητα μπαταριών νατρίου με αντίστοιχες λιθίου
Ένας άλλος παράγοντας που βοηθά στην ώθηση των μπαταριών ιόντων νατρίου στην αγορά με σχετικά γρήγορο ρυθμό είναι η συμβατότητά τους με τα υπάρχοντα συστήματα κατασκευής και διαχείρισης μπαταριών ιόντων λιθίου. Αυτό έρχεται σε αντίθεση με τις μπαταρίες ροής και άλλες τεχνολογίες αποθήκευσης ενέργειας που απαιτούν τα δικά τους μοναδικά συστήματα.
Αξιοποίηση του νατρίου στα οχήματα (ηλεκτρικά, αστικά κλπ)
Για εφαρμογές ηλεκτρικών οχημάτων, η Argonne υπολογίζει μια αυτονομία οδήγησης 180-200 μιλίων για τη νέα μπαταρία νατρίου η οποία είναι σχετικά μικρή με τα σημερινά πρότυπα.
Ωστόσο, ένα ηλεκτρικό αυτοκίνητο με νάτριο θα μπορούσε να προσελκύσει οδηγούς αστικών και προαστιακών με περιορισμένο προϋπολογισμό οι οποίοι δεν χρειάζονται απαραίτητα αυτοκίνητο για οδήγηση μεγάλων αποστάσεων.
Η ομάδα Argonne ολοκλήρωσε την εργαστηριακή φάση του έργου και είναι έτοιμη να δοκιμάσει τη νέα της κάθοδο σε μια κυψέλη μπαταρίας, για να αξιολογήσει την απόδοσή της για χρήση σε ηλεκτρικά οχήματα.
Εν τω μεταξύ, ο Argonne σημειώνει ότι η σταθερή αποθήκευση ενέργειας είναι μια άλλη ώριμη αγορά για μπαταρίες ιόντων νατρίου.
Σχεδιασμός μπαταρίας νατρίου-αλουμινίου
Σίγουρα, στο Εθνικό Εργαστήριο Βορειοδυτικού Ειρηνικού (PNNL) διαμορφώνεται ένα άλλο είδος μπαταρίας νατρίου, που αναπτύσσει έναν συνδυασμό αλουμινίου και νατρίου με τη μορφή λιωμένου άλατος.
Το PNNL σχεδίασε τη νέα μπαταρία ειδικά για να χειρίζεται την αποθήκευση ενέργειας σε κλίμακα δικτύου για ηλιακές συστοιχίες. Όπως περιγράφεται από το εργαστήριο, ο συνδυασμός νατρίου-αλουμινίου αντιπροσωπεύει μια βελτίωση σε σχέση με την τεχνολογία μπαταριών νατρίου σε κλίμακα πλέγματος.
«Δείξαμε ότι αυτός ο νέος σχεδιασμός μπαταριών λιωμένου αλατιού έχει τη δυνατότητα να φορτίζει και να εκφορτίζει πολύ πιο γρήγορα από άλλες συμβατικές μπαταρίες νατρίου υψηλής θερμοκρασίας, να λειτουργεί σε χαμηλότερη θερμοκρασία και να διατηρεί εξαιρετική ικανότητα αποθήκευσης ενέργειας», εξήγησε ο Guosheng Li (επιστήμονας υλικών PNNL).
Το αλουμίνιο εμφανίζεται ως υποκατάστατο χαμηλού κόστους για το νικέλιο. Το εργαστήριο σημειώνει ότι μια παρόμοια κάθοδος νικελίου είναι ήδη διαθέσιμη στο εμπόριο. Η τοποθέτηση σε αλουμίνιο ήταν δύσκολη, αλλά η απόσβεση είναι ένας ταχύτερος χρόνος φόρτισης εκτός από την εξοικονόμηση χρημάτων.
Ο δρόμος προς την εμπορευματοποίηση μπορεί να είναι σύντομος
Μπαταρία με βάση το αλάτι
Η νέα μπαταρία βασίζεται επίσης σε προηγούμενη έρευνα που περιλαμβάνει μια αντίδραση ουδέτερου λιωμένου άλατος.
«Η νέα ανακάλυψη δείχνει ότι αυτό το ουδέτερο τηγμένο άλας μπορεί να υποστεί μια περαιτέρω αντίδραση σε ένα όξινο τηγμένο άλας. Είναι πολύ σημαντικό, αυτός ο δεύτερος μηχανισμός όξινης αντίδρασης αυξάνει τη χωρητικότητα της μπαταρίας», εξήγησε η PNNL.
Το PNNL αναφέρει διατήρηση του 82,8% της χωρητικότητας αιχμής φόρτισης μετά από 345 κύκλους φόρτισης-εκφόρτισης.
Η ομάδα του PNNL στοχεύει επί του παρόντος σε έναν πρακτικό στόχο ενεργειακής πυκνότητας έως και 100 watt ανά κιλό.
«Ωστόσο, η νέα σχεδίαση μπαταρίας νατρίου-αλουμινίου έχει το πλεονέκτημα ότι είναι φθηνή και εύκολη στην παραγωγή στις Ηνωμένες Πολιτείες από πολύ πιο άφθονα υλικά», σημειώνει το εργαστήριο.
Μπαταρία με πιο μεγάλη διάρκεια ζωής και πιο οικονομική
Η νέα μπαταρία νατρίου στοχεύει στην αποθήκευση ενέργειας για μια περίοδο 10 έως 24 ωρών.
Αυτό είναι σημαντικό επειδή πληροί τον στόχο αποθήκευσης ενέργειας μακράς διάρκειας του Υπουργείου Ενέργειας των ΗΠΑ.
Επί του παρόντος, οι μπαταρίες ιόντων λιθίου παρέχουν μόνο περίπου 4 ώρες αποθήκευσης.
Αν και έχουν αναφερθεί κάπως μεγαλύτερες διάρκειες 6-8 ωρών, η μπαταρία νατρίου θα παρείχε περισσότερες ώρες με χαμηλότερο κόστος, επιταχύνοντας την ικανότητα των δικτύων ηλεκτρικής ενέργειας να απορροφούν περισσότερη ηλιακή ενέργεια.
Όσον αφορά τις προοπτικές από το εργαστήριο στην αγορά, το PNNL έχει ήδη στρατολογήσει την αμερικανική εταιρεία Nexceris και το spinoff Adena Power για τη συναρμολόγηση μιας μπαταρίας για την επόμενη φάση δοκιμών.
Ένας παρόμοιος σχεδιασμός που χρησιμοποιεί μια κάθοδο νικελίου ως μέρος του συστήματος έχει αποδειχθεί αποτελεσματικός σε εμπορική κλίμακα και είναι ήδη διαθέσιμος στο εμπόριο.
Η ομάδα PNNL αναμένει να βελτιώσει τη διάρκεια της νέας μπαταρίας και να μειώσει το κόστος, καθώς συνεχίζεται η δοκιμαστική φάση.
www.worldenergynews.gr
