Natriy-ioni lityum-ion o'rnini bosadigan qattiq holatli batareyalar

Qayta tiklanadigan energiya (re) va elektr transport vositalarining jadal o'sishi energiya saqlash sanoatining o'sishi, shu jumladan yuqori samaradorlik, energiya zichligi, energiya zichligi oshishi va pastki xarajatlarni oshirdi. Natriy-ioni va qattiq shtat batareyalari muqobil echimlarni taklif qilishni maqsad qiladi. Ularning har biri o'z afzalliklariga ega va kelgusi yillarda Mavjud litri-ionni saqlash texnologiyalarini potentsial ravishda almashtirishlari mumkin.

Ushbu maqolada biz Lityum-ion batareyalari ta'qib qilinishi xavfi ostida bo'lishi mumkin - agar bu xavf hali ham minimal ko'rinsa ham. Biz energiya saqlashning kelajagiga ustunlik qilish uchun eng kuchli potentsial bilan ikkita rivojlanayotgan texnologiyalarga e'tibor qaratamiz: natriy-ion batareyalari va qattiq batareyalar.

Lityum-ion batareyalari hozirgi vaqtda energiya saqlash sohasiga ega va o'rta muddatda ushbu pozitsiyani saqlab qolishi kutilmoqda. Qayta tiklanadigan energiya + saqlash loyihalari uchun ko'chma qurilmalardan Lityum-ion texnologiyasi barcha asosiy tendentsiyalarda olib borilmoqda.

So'nggi hisobotga ko'ra, ko'pchilik sanoatning talablari ortib borayotgani sababli lityum-ioni batareya materiallari bozori jadal kengayib bormoqda. 2024 yilga kelib 202 milliard AQSh dollaridan 120 milliard AQSh dollarigacha o'sishi kutilmoqda, ularning yillik o'sish sur'ati taxminan 23,6% ni tashkil etdi.

Bugungi kunda lityum-ioni batareyalar bozori Tesla, Panasonic, LG kim, CATL va Bayt kabi yirik o'yinchilar olib boradi. Xususan, oxirgi ikki yil davomida Xitoyning ikkita kompaniyasi sezilarli yutuqlarga erishdilar.

Elektr transport vositalarining ko'tarilishi bu o'sishning asosiy haydovchisi ekanligini,Statsionar energiya saqlashKelgusi yillarda bozor yanada ko'proq talabga ega bo'lishi kutilmoqda.

Ma'lumki, Lityum-ion batareyalari Litiy kabi tanqidiy minerallarga, masalan, Cobalt va Nikel kabi jiddiy ta'sir ko'rsatmoqda. Ta'minotning cheklovlari katta narxlarning o'zgaruvchanligiga olib keldi. Masalan, so'nggi yillarda batareya ustidagi lityum karbonatining narxi 80 AQSh dollaridan 80 AQSh dollarigacha o'zgarib turadi. Ushbu o'zgaruvchanlik va tanqislik lityum-ion batareyalarining narxini qo'zg'atdi va uzoq muddatli ta'minot xavfini tug'diradi.

Bir muddat yaqin masala - Xitoydan tashqaridagi yirik bozorlarda mustahkam litiy ta'minot zanjirining yo'qligi. Masalan, lityum-ion batareyalarida ishlatiladigan grafitning qariyb 77 foizi Xitoydan saqlanadi. Bu xitoylik ta'minotiga global savdo targ'ibot davrida kuchli qaramligini ta'kidlaydi va etkazib berish diversifikatsiyasining muhimligini ta'kidlaydi.

Xavfsizlik qaltisliklari, masalan, termal qochish natijasida kelib chiqqan elektr transport vositalarida yong'inlar kabi boshqa tashvish qo'shing.

Ushbu omillar yangi avlod energiyasini tejash texnologiyalari uchun yo'l ochmoqda. Xitoy tashqarisidagi kompaniyalar lityumga tayanmaydigan alternativalarni qidirmoqdalar, Xitoy bozor rahbarlari, shuningdek, ularning hukmronligi xavf ostida qolishini biladi. Aslida, ularning aksariyati tezda natriy-ion va qattiq shtatdagi batareyani ishlab chiqarishga o'tishdi.

Qattiq shtat batareyalari (SSB) Litiy-ion batareyalarida ishlatiladigan suyuq elektrolitlarni, masalan, keramika, shisha yoki qattiq polimerlar bilan almashtiring. Katta qattiq materiallarni bartaraf etish va zich qattiq materiallardan foydalanish orqali, SSBlar bir xil hajmda kengroq energiya sarflashi mumkin, ular keng marjda (EVS) diapazonni kengaytiradi.

Ushbu texnologiyaning bir nechta muhim vakillari allaqachon ushbu texnologiyaning transformatsion salohiyatini tan olishgan. Masalan, 2024 yilda kvantumscape 844 wh / l energiya liti-ion batareyalaridan sezilarli darajada yuqori bo'lsa, uning prototipini (QBE {{{{{}}}). 2025 yilda kompaniya o'zining birinchi tijorat hujayralarini (qse {{{{}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}} ni etkazib berishni rejalashtirmoqda. Ushbu energiya zichligi batareya hajmini yoki vazni ko'paytirmasdan, haydovchilik oralig'ining 20-50 foizga o'sishi mumkin bo'lgan eng yaxshi littifum-ion hujayralarini tashkil qiladi.

Xitoyning batareyasi giganti, CATL (zamonaviy Amperex Technology Co. Ltd), shuningdek, SSBni rivojlantirishga sarmoya kiritdi, uni 1, {1}} ga tenglashtiradi. CATL 2027 yilga kelib eng qattiq batareyalarni kichik birlashtiruvchi batareyalarni ishlab chiqarishni nishonga oladi.

Toyota 2027 va 2028 oralig'ida joylashgan yo'lovchi evollari uchun tijorat loyihasini e'lon qildi. Kompaniyaning ta'kidlashicha, ushbu innovatsiya haydash oralig'ini 20% ga ko'tarishi mumkin. 2023 yilda qattiq kuch Demo avtoulovlar dasturida foydalanish uchun A-na namuna hujayralari bilan ta'minlandi. Boshqa yirik sanoat rahbarlari - Volkswagen, Hyundai, Nissan, BMW va Toyota, shuningdek, qattiq davlat batareya maydoniga strategik sarmoya kiritdilar.

Kattalashtirilgan qattiq batareyalar ko'payib borayotgani, shuningdek, tezkor zaryadlash imkoniyatlarini namoyish etadi. Zo'r terma barqarorligi va ion o'tkazuvchanligi tufayli SSBlar ultra-tez zaryadlash stavkalarini hujayralarga zarar etkazmasdan qo'llab-quvvatlashi mumkin. Masalan, Toyota, masalan, 15 daqiqada 300 km uzoqroq zaryadlash tezligini 300 km uzoqroq zaryadlash tezligi 15 daqiqagacha tezroq zaryadlash tezligi 10% dan 80% gacha zaryad olish uchun ikki-uch baravar tezroq.

Yonuvchan bo'lmagan qattiq elektrolitlardan foydalanish an'anaviy batareya hujayralarining asosiy xavfsizlik xavflaridan birini yo'q qiladi. Qattiq keramik yoki shisha elektrolitlar yong'inni yuqtirmaydi va harorat harorati bo'ylab ishlashi mumkin. Ular shuningdek yuqori kuchlanishlarda barqaror bo'lib, yuqori quvvatli katod materiallaridan foydalanishni ta'minlaydi va lityumgum o'sishini bostiradi - shu tariqa tsikl va xavfsizlikni yaxshilaydi.

Bundan tashqari, SSBlar soddalashtirilgan dizayni tufayli qayta ishlash osonroq bo'lishi mumkin - murakkab hal qiluvchi va bog'lovchi aralashmalar ehtiyojisiz - va muammoli qo'shimchalar va yopishtiruvchilarni ishlatishdan saqlaning.

Ko'p afzalliklarga ega bo'lganlar bilan, kalitli batareyalar lityum-ion batareyasini osongina va tezda almashtirishi mumkin deb taxmin qilish mumkin. Biroq, agar yo'q bo'lsaularning yuqori narxi, SSB allaqachon olib ketishgan bo'lishi mumkin.

Keng qabul qilish uchun eng muhim to'siq bo'lib qolmoqda. Masalan, BMW Group ushbu vazifani tan oldi. Kompaniya joriy yil oxirida qattiq davlat batareyalari bilan jihozlangan prototip transport vositasini ochishi kutilmoqda, deya ta'kidladi SSB quvvatlangan elektr transport vositalarini tijorat ishga tushirish keyingi o'n yillikda.

Xitoy batareyasi ishlab chiqaruvchisi Sunwodani hisoblab chiqdi, deya hisoblab, qattiq shtat batareyalari deyarli qimmatga tushishi mumkinligini taxmin qilmoqdaUchun 275 dollar, yarim qattiq shtat batareyalari bilan taxminan. Ammo, tufayliYuqori moddiy ishlov berish xarajatlarivaishlab chiqarishning pastligiHaqiqiy narx amalda ancha yuqori bo'lishi mumkin.

Ushbu muammolar hal qilinmaguncha - ayniqsa ishlab chiqarishni kengaytirish va moddiy xarajatlarni kamaytirish - qattiq davlat xarajatlari keng tarqalgan tijoratni kengaytirishga erishishning o'rniga, bozorning erta yoki premium segmentida qolishi mumkin.

Taqqoslash, 2024 yil dekabr holatiga ko'ra, Xitoyda lityum-ion batareya paketlarining o'rtacha narxi pasayganHar bir kVt soat uchun $ 94. AQSh va Evropada narxlar saqlanib qolmoqda30% dan 50% gacha, lekin hali ham sezilarli darajadaQattiq shtat batareyalaridan pastroq.

Bunaqa,Xarajat katta shisha uradiEnergiyani saqlash bozorini chinakam buzish uchun qattiq shtat batareya texnologiyasini engish kerak. Ushbu munosabatda,natriy-ioni va lityum-ion batareyalari uzoqdaqattiq shtat batareyalari.

Boshqa tanqidiy muammolar o'z ichiga oladiishlab chiqarishni kengaytirish, ayniqsaKeramika elektrolitlarini ommaviy ishlab chiqarishvaIshonchli yig'ishqattiq davlat hujayralari. BoshqarishQattiq elektrolitlar va elektrodlar o'rtasidagi interfeysBundan tashqari, bu juda tashvish tug'diradi, chunki bu juda ko'p zaryadsiz postlik tsikllar ustidan ko'tarilishga olib kelishi mumkin - ikkalasi ham to'liq tijoratlashtirishga to'sqinlik qiladi.

Bundan tashqari, ta'minlashHaqiqiy dunyodagi stress sharoitida chidamlilik, masalan, tebranish, haroratda o'zgarishi va tezkor zaryadlash eng dolzarb texnik to'siqlardan biri bo'lib qolmoqda.

Elektrolyte va energiya zichligini oshirish orqali lityum-ion texnologiyasini yaxshilaydigan batareyalar lityum-ion texnologiyasini yaxshilaydi, ammo ularning yuqori narxi katta qiyinchiliklarga erishmoqda. Bundan farqli ravishda, natriy-ion (na-ion) batareyalar qarama-qarshi masalaga duch kelmoqda. Lityum-ion batareyalarida ishlatiladigan elementlarni ko'proq odatiy materiallar bilan almashtirishga urinish, natriy-ion batareyalarining narxi sezilarli darajada pasayishi mumkin edi, ammo ular energiya zichligi nuqtai nazaridan qiyinchiliklarga duch kelishadi.

Natriy-ion batareyalari Lityum-ion batareyalari kabi ishlaydi, katod va anodning o'rtasida ionlari kabi ishlaydi, ammo ular litiy evas o'rniga natriy ionlaridan foydalanadilar. Ushbu siljish hamma narsani o'zgartiradi, danxom ashyo zaxiralash qulayligigaqulaylik- bu kelajakdagi asosiy batareya texnologiyasini aniqlaydigan asosiy omillardan biridir.

Natriy-ion batareyalarining past narxi 2030 yilga kelib ular hisobga olinadielektr uzatish batareyalarining 10% dan kam, ammo ularning ulushienergiya saqlashArizalar sezilarli darajada oshishi kutilmoqda. Natriy-ion batareyalariArzon materiallarva litiyni talab qilmang, bu ularning ishlab chiqarish xarajatlari bo'lishi mumkinligini anglatadiLitiy temir fosfatidan 30% pastroq (lfp)Batareyalar.

Natriy-ion texnologiyasining eng katta jozibasi uning qobiliyatiga egamo'l-ko'l va arzon materiallarko'proq tanqislarni almashtirish. Er qobig'idagi natriy zaxiralari1, 000 TIME KATTAlityumlarga qaraganda. Natriy hatto arzonlab olinishi mumkinnisbatan o'tkir dengiz suvi nisbatan.

Daladagi innovatsiyalar tufayli, savdo-darajali natriy-ion (Na-ion) batareyalar atrofidagi energiya zichligiga erishdi130-160 wh / kg, bu taxminanUchdan ikki qismilityum-ion nkc (nikel uchun koyibalt) batareyalar. Biroq, ular allaqachon energiya zichligidan ustun bo'lishgan yoki hatto undan ustun kelganQo'rg'oshin kislotasi batareyalariva shunga yaqinlashmoqdalarLitiy temir fosfat (lfp)Batareyalar.

Mutaxassislarning ta'kidlashicha, natriy-ion batareyalarining keyingi avlodi bunga erishadi200 dan ortiq wh / kg, qon energiyasining zichligi chegarasidan oshib ketadiLfp batareyalari. Natriy-ion batareyalarining odatiy ishlashi pasayadi100 dan 1 gacha 000 tsiklva hindistonlik ishlab chiqaruvchi KPIT batareyalarini ushlab turadi80% quvvatni saqlash 6, {}}} tsikllar, lityum-ion batareya ishlashi bilan taqqoslanadigan.

Natriy-ion batareyalari ham ekspertelQuvvat va past haroratli ishlash. Ba'zi dizaynlar juda qodiratrofida 1 kg / kg quvvat zichligi, bu shundan ancha oldinLityum-ion nkc yoki lfp batareyalari. Bundan tashqari, natriy-ion batareyalari ko'rgazmasiMinimal ishlashning buzilishiharoratda past darajada past-20 ilmiy darajaLityum-ion batareyalarida bu sovuq sharoitlarda tezkor yoki samarali zaryadlash uchun kurashmoqda.

Natriy-ion batareyalari ham bo'lishi mumkinto'liq bo'shatish 0 vzarar etkazmasdan, ularni juda xavfsiz qilishTransport va saqlash. Issiqlikni namoyon etish va ko'p dizayndagi yonmaydigan materiallardan foydalanish, natriy-ion batareyalaridan foydalanish ham namoyish etilmoqdaYuqori termal barqarorlik. Aslida,yong'in xavfinatriy-ion batareya paketlari bo'lishi kutilmoqdaancha pastLityum-ion batareya paketlaridan ko'ra, kuchaytirishxavfsizlikelektr transport vositalari va panjara materiallari kabi.

Ushbu xususiyatlar natriy-ion batareyasini Xitoyda lityum-ion batareya rahbarlari uchun jozibali variant qiladi. O'tgan yili Xitoyning birinchi yirik natriy-ioni batareyali energiya tejash stantsiyasi operatsiyalar boshlandi - a10 mwtum-ion batareyasi, 100 MHVT loyihasining bir qismi. Xitoy janubi elektr energiyasi bilan qurilgan ushbu ob'ektdan foydalanadi218 AH SODIYA-ION CADLARIva ajoyib ma'lumotlarga ega: batareya bo'lishi mumkin90% dan atigi 12 daqiqada narxlanadi.

Global batareya ishlab chiqarish gigantiZamonaviy amperex texnologiyasi Cimed (CATL)Natriy-ion batareyalarining imkoniyatlarini o'rganishga tayyor. Masalan, natriy-ion batareyasini uning ichiga birlashtiradiLityum-ion batareya infratuzilmasi va mahsulotlar. Kompaniya buni ochib berdi2023, Xitoy avtomobilnomasiSergapCATL-ning natriy-ion batareyalaridan foydalanish uchun birinchi kompaniya bo'ldi.

Ichida2024 yil yanvar, Markaziy Osiyodagi eng yirik avtomobil ishlab chiqaruvchisi va eng katta batareya etkazib beruvchilardan biri,Bidd, a qurish rejalarini e'lon qildi1,4 milliard dollarYillik ishlab chiqarish quvvatiga ega natriy-ion batareya fabrikasi30 g soat.

Evropa kompaniyalari ushbu texnologiyani ham o'rganmoqdalar. Hozirgi kunda bankrot batareya ishlab chiqaruvchisiShimoliy mera160 wh / kg natriy-ion batareyasi2023 yil noyabrda u ishlash uchun tasdiqlangan. Buyuk Britaniyada,FaradionSodium-ion batareyasi texnologiyasida o'n yil ichida kashf etilmoqda. Hindiston tomonidan sotib olinganAloqa sanoati2021 yilda Faradasi a160 wh / kg batareyava hozirda maqtanadigan yaxshilangan versiyani aylantirmoqda20% yuqori energiya zichligiva30% uzoqroq hayot. Alellik sanoati ham a qurish rejalarini e'lon qildiMulti-GWW Natriy-ion batareyasi fabrikasiHindistonda ishlab chiqarish boshlanadi2025.

Ushbu o'zgarishlar shuni ko'rsatadiki, natriy-ion batareyalari litiy-ion batareyalarining hukmronligini qiyinlashtirishga qodir bo'lgan texnologiyaga aylanadi.

Batareya tizimini rivojlantirayotganda -natriy-ion batareyalarivaQattiq shtat batareyalari- istiqbolli potentsialni ko'rsating, natijada ustunlik qilish qiyin kechadi. Tegishli afzalliklarini hisobga olgan holda, ikkala texnologiya rivojlanayotganda muhim rol o'ynashi mumkintoza energiyavaTirik transportkelajakda.

Agar qattiq holatli batareya narxi pasaysa - hozirgi paytda potentsial ravishda tushish$ 150+ / kVt soatLityum-ion batareyalari atrofida$ 80- $ 100 / kVt soat- qattiq shtat batareyalari ustunlik qilishi mumkinYuqori sig'adigan segmentlar, masalan, keyingi o'n yil ichida elektr transport vositalari. Bu tushunarli stsenariy. BuXalqaro Energetika Agentligi (IAEA)Noto'g'ri qarashni ushlab turadiQattiq shtat batareyalari narxi -2030}Qattiq davlat texnologiyasi tijorat maqsadli ekanligi ta'kidlangan.

Boshqa tomondan, natriy-ion batareyalari ko'proqnarx-tanlovva ularni yaxshi moslashtirishpanjara saqlashvarivojlanayotgan bozorlarva ular tezroq muvaffaqiyatga erishishlari kutilmoqda. Ko'p tarafdorlar qurishni rag'batlantirmoqdaKeng ko'lamli loyihalarkeyingisidaIkki-uch yil. 2024 yilda,Batareya energiyalarini saqlash tizimi (Bess) bozorio'sdi44%, o'rnatilgan sig'im va oqindi miqdorini ishga tushirish bilan69 GW / 161 soat. Xususan, tomonidan2030, batareyalar haydash kutilmoqdaSaqlashning 90% o'sishiuchrashishNollangan maqsadlar.

Natijada kelajakda bir qator batareya texnologiyalari paydo bo'ladiqattiqvanatriy-ion batareyalariyo'lni olib borishi mumkin.