Sodyum iyon pillerdeki atılımlar elektrikli geleceğimizin anahtarı olabilir

Sodyum piller çok uzak olmayan bir gelecekte tuzuna değecek

Pil teknolojisi, pek çok umut verici araştırma sonucu elde edilen ancak dijital cihazlara, elektrikli araçlara veya şebekeden bağımsız evlere güç sağlamak için kullanabileceğimiz ticari ürünler açısından çok az sonuç veren alanlardan biridir. Geleneksel lityum iyon pillerle karşılaştırıldığında daha güvenli, daha dayanıklı ve üretimi daha ucuz olan sodyum iyon piller sayesinde bu durum yakında değişebilir.

Lityum-iyon pillerin modern enerji depolamanın ön saflarında yer aldığı ve dünya çapındaki elektrifikasyon çabalarının temel itici gücü olduğu bir sır değil. Ancak bunları artan talebi karşılayacak ölçekte üretmek neredeyse imkansız bir iş gibi görünüyor. Lityum üreticileri son yıllarda dünyanın yakında, muhtemelen 2025'te , lityum kıtlığıyla karşı karşıya kalabileceği konusunda uyarıda bulunmuştu .

Katkıda bulunan en büyük faktör, lityumun seramik ve ilaç endüstrilerinde kullanılan bir metal olmaktan çıkıp birkaç on yıl içinde en çok talep gören metallerden biri haline gelmesidir. Dünyanın en büyük lityum madenciliği şirketlerinden biri ve ABD lityum rönesansına öncülük eden Albemarle , üretim kapasitesini 2030 yılına kadar yıllık 500.000 tona çıkarmayı planlıyor ancak bunun yine de öngörülen talebi karşılamak için yeterli olmayacağını söylüyor.

Sodyum iyon pilin devreye girdiği yer burasıdır. Lityum iyon kadar ilgi görmese de, elektrifikasyon rüyasını gerçeğe dönüştürebilecek en büyük teknolojik buluşlardan biri olmaya hazırlanıyor. Sodyum iyon piller, lityum iyon pillere benzer bir tasarıma sahiptir ve aynı veya benzer endüstriyel işlemler kullanılarak üretilebilir. Bu tür pillerde, katottaki lityum iyonlarının yerini sodyum iyonları alır ve elektrolitteki (akü elektrotları arasındaki şarjı sağlayan sıvı) lityum tuzları, sodyum tuzlarıyla değiştirilir.

Sodyum iyon piller yeni bir kavram değil, ancak bunları geniş ölçekte üretme fikri son yıllarda ilgi görmeye başladı. Sodyum lityumdan önemli ölçüde daha fazla miktarda bulunur, bu nedenle kaynaklanması daha ucuz ve kolaydır, aynı zamanda jeopolitik gerilimlere karşı daha az savunmasızdır. Bu yazının yazıldığı an itibariyle, sodyum karbonatın fiyatı metrik ton başına 286 dolar seviyesinde yer alırken , pil sınıfı lityum karbonatın maliyeti metrik ton başına 20.494 dolar gibi çok yüksek bir rakama ulaşıyor .

Kimyacılar ayrıca, sodyum kullanılarak inşa edilen katmanlı oksit katotlara sahip hücrelerin, daha uygun fiyatlı elektrikli araçlarda yaygın olarak kullanılan lityum demir fosfat (LFP) hücrelerininkine benzer bir enerji yoğunluğu elde etmek için kobalt veya nikel gibi pahalı metallere ihtiyaç duymadığını da buldu. .

Bu ayın başlarında Tokyo Bilim Üniversitesi'ndeki Japon araştırmacılardan oluşan bir ekip, nanoyapılı sert karbon kullanarak sodyum iyon piller için yüksek kapasiteli bir katot geliştirdiklerini açıkladı . Ortaya çıkan hücreler, kg başına 312 Wh'ye kadar enerji yoğunluklarına ulaşabiliyor; bu, lityum demir fosfat pillerin yaklaşık iki katı. Olayları bir perspektife oturtmak gerekirse, bu aynı zamanda on yıldan biraz daha uzun bir süre önce en gelişmiş sodyum iyon pillerin elde ettiği enerji yoğunluğunun 1,6 katıdır.

Sodyum iyon pillerin bir başka avantajı da, kullanılan kimyaya bağlı olarak -30°C ila 60°C (-22°F ila 140°F) ve hatta 80°C gibi daha geniş bir çalışma sıcaklığı aralığına dayanabilme yetenekleridir. Faradion gibi şirketlerin Avustralya'da sabit enerji depolaması için sodyum iyon pil kurulumlarını denemeye başlamasının nedeni budur .

Bu yılın başlarında Volkswagen ve JAC Group arasındaki ortak girişim, sodyum iyon pille çalışan ilk elektrikli sedanı tanıttı . Araç, 250 km'ye (155 mil) kadar nispeten mütevazı bir menzil sunan 25 KWh'lik bir batarya ile çalışıyor, ancak iki şirket hızlı şarj hızlarını, daha iyi düşük sıcaklık performansını ve ayrıca daha uzun bir çevrim ömrünü öne sürüyor . pil yaşlandıkça kapasitede daha yavaş bir azalma ile birlikte.

Faradion'un CEO'su James Quinn, sodyum iyon pillerin güvenlik avantajının göz ardı edilemeyeceğini söylüyor. Lityum-iyon hücrelerin taşınmadan önce yüzde 30'un üzerinde şarj edilmesi gerekirken, sodyum-iyon hücreler tıpkı bir kapasitör gibi güvenli bir şekilde 0V'a kadar boşaltılabiliyor ve bu da kısa devre nedeniyle termal kaçak olasılığını ortadan kaldırıyor. Yukarıdaki videoda da görebileceğiniz gibi, tam şarjlı bir sodyum iyon hücresini delmek onu yangın bombasına dönüştürmez.

Faradion şimdilik çoğunlukla sabit enerji depolamayla ilgilenirken, Natron Energy gibi diğer şirketler şimdiden otomobil endüstrisine yöneliyor. Santa Clara merkezli girişim, 50.000 ila 100.000 şarj/deşarj döngüsüne sahip sodyum iyon pilleri için elektrotlar yapmak amacıyla Prusya mavisi adı verilen yaygın olarak üretilen bir malzeme kullanıyor. Ayrıca 15 dakika veya daha kısa sürede tamamen şarj edilebilirler.

Natron yakın zamanda Clarios International ile bir ortaklığa girerek sodyum iyon pillerini, Clarios International'ın Michigan'daki Meadowbrook tesisinde şu anda lityum iyon pilleri yapmak için kullanılan ekipmanın aynısını kullanarak toplu olarak üretmek üzere bir anlaşmaya girdi. Önümüzdeki aylarda üretim artarken Natron, buranın dünyadaki en büyük sodyum iyon pil fabrikası olacağını söylüyor.

Sodyum iyon piller için işlerin nasıl sonuçlanacağını henüz bilmiyoruz, ancak henüz laboratuvar dışında görülmeyen birçok çözümün aksine, kesinlikle umut verici görünüyorlar. Her şey, teknoloji olgunlaştıkça ve daha fazla fabrika geniş ölçekte sodyum iyon hücreleri üretmeye başladıkça malzeme fiyatlarının nasıl dalgalanacağına bağlı.

Lityum iyon pillerin 6,5 TWh olan küresel üretim kapasitesinin 2030 yılına kadar yıllık 186 GWh'ye ulaşması bekleniyor . Bu, sodyum pillerin muhtemelen yakın zamanda lityum iyonun hakimiyetini deviremeyeceği anlamına geliyor. Ancak, çeşitli uygulamalar için giderek daha çekici bir alternatif gibi görünüyorlar ve uzun vadede başvurulacak çözüm haline gelme potansiyeli var.