V posledních letech se stále více hovoří o potřebě udržitelných a dostupných energetických řešení. Jednou z nadějných technologií jsou sodík-iontové baterie, které by mohly nahradit tradiční lithium-iontové baterie. Výzkumníci z Karlsruhe Institute of Technology (KIT) se intenzivně zabývají studiem těchto nových materiálů pomocí počítačových simulací.
Výhody sodík-iontových baterií
Sodík-iontové baterie mají několik klíčových výhod oproti lithium-iontovým. Především je sodík mnohem dostupnější a levnější než lithium. To by mohlo vést k výraznému snížení nákladů na výrobu baterií, což je zásadní pro širokou adopci této technologie. Navíc, sodík není tak vzácný jako lithium, což zajišťuje stabilnější dodávky surovin.
Technologické výzvy
Přestože sodík-iontové baterie slibují mnoho výhod, existují i významné technologické výzvy. Jedním z hlavních problémů je změna krystalické struktury materiálů během nabíjení a vybíjení, což může vést k elasticitě a praskání materiálu. Tým z KIT například zjistil, že sodík-nikl-mangan oxid, používaný jako katodový materiál, podléhá těmto změnám, což snižuje kapacitu baterie.
Simulace a experimenty
Výzkumníci využívají pokročilé mikrostrukturové modely k simulaci chování těchto materiálů během nabíjení a vybíjení. Tyto simulace ukázaly, že mechanické vlivy mají významný dopad na dobu nabíjení a celkovou životnost baterie. Experimentální studie potvrdily tyto výsledky a ukázaly několik mechanismů degradace vedoucích ke ztrátě kapacity.
Pokročilé materiály a nové technologie
Nové pokroky ve vývoji sodík-iontových baterií zahrnují vývoj materiálů jako je NYZS (Na4.92Y0.92Zr0.08Si4O12), který vykazuje vysokou iontovou vodivost a elektrochemickou stabilitu, což umožňuje bezpečnější provoz baterií při různých podmínkách. Tento materiál nejenže podporuje vynikající vodivost, ale je také kompatibilní se škálovatelnými výrobními procesy, což z něj činí vysoce slibný materiál pro budoucí energetická úložiště.
Další výzkumy se zaměřují na zvýšení energetické hustoty sodík-iontových baterií, která by mohla dosáhnout až 200 Wh/kg, což je nad teoretickým limitem pro lithium-železo-fosfátové (LFP) baterie. Výzkum také ukazuje, že sodík-iontové baterie mohou dosáhnout vyšší výkonové hustoty než baterie typu NMC a LFP.
Budoucnost sodík-iontových baterií
I přes současné výzvy má výzkum na KIT potenciál otevřít cestu pro širokou adopci sodík-iontových baterií v následujících pěti až deseti letech. Pokračující studie a inovace by mohly vést k vyvinutí trvanlivějších a rychleji nabitelných bateriových materiálů. Taková řešení by znamenala významný krok vpřed směrem k udržitelným a dostupným energetickým úložištím pro budoucnost.
Aplikace v automobilovém a cyklistickém průmyslu
Podle aktuálních prognóz by první sodík-iontové baterie mohly být použity v elektromobilech a elektrokolech již v roce 2025. Například společnost CATL oznámila, že jejich první sodík-iontové baterie mají energetickou hustotu 160 Wh/kg a očekává se, že dosáhnou až 200 Wh/kg. Čínský výrobce automobilů Chery bude první, kdo tyto baterie integruje do svých vozidel. Společnost BYD také zahájila výstavbu továrny na sodík-iontové baterie s kapacitou 30 GWh ročně, která bude sloužit pro napájení mikromobilních zařízení.
Evropský výrobce baterií Northvolt ve spolupráci se švédskou společností Altris vyvinul sodík-iontové baterie s energetickou hustotou 160 Wh/kg, které budou použity v jejich nové generaci energetických úložišť. Tyto pokroky ukazují, že sodík-iontové baterie mají potenciál stát se významnou alternativou k lithium-iontovým bateriím v blízké budoucnosti.
První velká sodík-iontová bateriová stanice v Číně
V květnu 2024 zahájila provoz první velká sodík-iontová bateriová stanice v Číně, konkrétně v Nanningu, hlavním městě autonomní oblasti Guangxi Zhuang. Tato stanice, kterou provozuje China Southern Power Grid Energy Storage, má počáteční kapacitu 10 MWh a plánuje se rozšíření až na 100 MWh. Stanice využívá 210 Ah sodík-iontové bateriové články, které lze nabít na 90 % kapacity za pouhých 12 minut. Po dosažení plné kapacity bude stanice schopna každoročně uvolnit 73 000 MWh čisté energie, což je dostatek energie pro 35 000 domácností a sníží emise CO2 o 50 000 tun ročně.
Tato událost je významným krokem vpřed pro široké využití sodík-iontových baterií v energetických úložištích a ukazuje rostoucí schopnosti Číny v oblasti obnovitelné energie a úložišť. Stanice také slouží k vyrovnávání špičkového zatížení a podporuje flexibilní řízení obnovitelné energie.
Zdroje: Cleantechnica, Cnevpost
