باتری های سدیم: یک گزینه در حال ظهور در زمینه ذخیره انرژی

با افزایش تقاضای جهانی برای انرژی های تجدیدپذیر و پاک، راه حل های انرژی کارآمد و پایدار اهمیت فزاینده ای پیدا می کنند. به دلیل کمبود منابع لیتیوم، باتری های سدیم از سال 2010 مورد توجه گسترده دانشگاه ها و صنعت چه در داخل و چه در سطح بین المللی قرار گرفته است و تحقیقات مرتبط به سرعت افزایش یافته است. 

در حال حاضر، باتری های سدیمی از مرحله آزمایشگاهی به کاربرد در بازار منتقل شده اند. بسیاری از شرکت‌ها در سراسر جهان، مانند Ningde Times چین و Kishida Chemical ژاپن، شروع به طراحی طرح‌بندی صنعتی خود برای باتری‌های سدیم کرده‌اند. 

در ژوئن 2018، یک شرکت چینی به نام ZhongkeHaina اولین باتری سدیمی (72 ولت، 80 آمپر ساعت) خودروی الکتریکی کم سرعت جهان را راه اندازی کرد و در ژوئن 2021، این شرکت یک سیستم ذخیره انرژی باتری سدیم 1 مگاوات ساعتی را راه اندازی کرد. 

این مقاله ویژگی ها، مزایا، ارزش تجاری و چشم انداز توسعه آینده باتری های سدیم را بررسی می کند.

فهرست مندرجات
باتری های سدیم چگونه کار می کنند
مزایا و ویژگی های باتری های سدیمی
محدوده کاربرد باتری های سدیمی
چشم انداز بازار و روند توسعه باتری های سدیم
نتیجه

باتری های سدیم چگونه کار می کنند

باتری سدیم یک باتری ثانویه (قابل شارژ) است که در درجه اول به حرکت یون های سدیم بین الکترودهای مثبت و منفی برای عملکرد متکی است. باتری سدیم از یک الکترود مثبت، یک الکترود منفی، یک کلکتور جریان، یک الکترولیت و یک جداکننده تشکیل شده است. 

اصل کار باتری های سدیمی مشابه باتری های لیتیوم یونی است. در طول شارژ و تخلیه، یون های سدیم بین دو الکترود به جلو و عقب حرکت می کنند. هنگام شارژ، یون های سدیم از الکترود مثبت جدا شده و از طریق الکترولیت در الکترود منفی جاسازی می شوند. در حین تخلیه، فرآیند معکوس می‌شود، یون‌های سدیم از الکترود منفی استخراج می‌شوند، از الکترولیت عبور می‌کنند و به ماده الکترود مثبت وارد می‌شوند و الکترود مثبت را به حالت غنی از سدیم باز می‌گردانند.

مزایا و ویژگی های باتری های سدیمی

در مقایسه با باتری های لیتیوم یون سنتی، باتری های سدیم دارای مزایا و ویژگی های منحصر به فردی هستند.

به عنوان مثال، باتری های سدیم نسبتا کم هزینه هستند. باتری های سدیم عمدتاً از نمک های سدیم ساخته می شوند که فراوان تر و ارزان تر از نمک های لیتیوم هستند. علاوه بر این، باتری‌های سدیم از مواد مبتنی بر نیکل منگنز به عنوان الکترودهای مثبت استفاده می‌کنند که نیازی به استفاده از فلزات کبالت یا نیکل کمیاب و گران قیمت ندارند و هزینه‌های مواد را بیشتر کاهش می‌دهند. بنابراین، هزینه ساخت کلی باتری های سدیمی نسبتا پایین است.

دوم اینکه باتری های سدیم بسیار ایمن هستند. آنها مقاومت داخلی بالاتری دارند و در نتیجه در هنگام اتصال کوتاه، گرمای کمتری تولید می کنند. بنابراین، آنها در هنگام شارژ و تخلیه پایدارتر هستند و خطرات ایمنی کمتری مانند احتراق یا انفجار ایجاد می کنند. علاوه بر این، باتری‌های ذخیره‌سازی انرژی سدیم محدودیت‌های دمایی کمتری برای استفاده دارند و می‌توانند به طور عادی حتی در دماهای بالا یا پایین کار کنند.

ثالثاً، باتری های سدیم دوستدار محیط زیست هستند زیرا حاوی عناصر سمی یا فلزات سنگین مانند سرب و جیوه نیستند. در مقایسه با سایر انواع باتری ها، باتری های سدیمی نیز در طول تولید، استفاده و بازیافت، تاثیر منفی کمتری بر محیط زیست دارند.

چهارم، آنها عمر طولانی دارند. باتری‌های سدیم می‌توانند چندین هزار بار یا بیشتر شارژ شوند، که به طور قابل‌توجهی بیشتر از باتری‌های اسید سرب سنتی یا باتری‌های لیتیوم یونی است. بنابراین استفاده از باتری های سدیمی می تواند هزینه های تعویض باتری و هزینه های نگهداری را کاهش دهد.

محدوده کاربرد باتری های سدیمی

یکی از نکات منفی باتری های سدیمی این است که در مقایسه با باتری های لیتیومی، چگالی انرژی کمتری دارند، به این معنی که تمایل دارند برای همان مقدار انرژی ذخیره شده به فضای بیشتری نیاز داشته باشند و محدودیت های خاصی در فضای استفاده دارند. بنابراین انتظار می رود که آنها ابتدا در خودروهای الکتریکی کم سرعت اعمال شوند. همانطور که صنعت بالغ می شود، این احتمال وجود دارد که باتری های سدیم به تدریج در سناریوهای ذخیره سازی انرژی مانند ذخیره سازی انرژی تجدیدپذیر، ذخیره سازی انرژی در مقیاس خانگی و شبکه و غیره اعمال شوند.

با وجود کاهش ظرفیت آنها، عملکرد جامع باتری های سدیمی بهتر از باتری های سرب اسیدی است. با توجه به روند جهانی توسعه سبز و حفاظت از محیط زیست، به نظر می رسد جایگزینی باتری های اسید سرب با عمر کوتاه و با آلایندگی بالا با باتری های سدیم به یک روند عمومی تبدیل شود. صنعتی شدن باتری های سدیمی هنوز در مراحل ابتدایی خود است، اما انتظار می رود هزینه های بعدی کاهش یابد و در نهایت کمتر از باتری های سرب اسیدی شود و کاربردهای صنعتی در مقیاس بزرگ را امکان پذیر کند.

علاوه بر این، باتری های سدیمی به دلیل هزینه کم و عمر طولانی، مزایای منحصر به فردی در سیستم های ذخیره سازی انرژی در مقیاس بزرگ دارند. در مقایسه با سیستم‌های باتری لیتیوم یون سنتی، سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی که با استفاده از باتری‌های سدیم ساخته می‌شوند، می‌توانند نیازهای انرژی را به‌طور اقتصادی‌تر و قابل اطمینان‌تر برآورده کنند. بنابراین، باتری‌های سدیمی نقش مهمی در ذخیره‌سازی الکتریسیته اضافی از منابع جدید انرژی مانند انرژی خورشیدی و بادی دارند. ناپایداری این منابع انرژی تجدیدپذیر به این معنی است که منابع انرژی در نوسان است و باتری های سدیمی را به گزینه ای ایده آل برای ذخیره برق اضافی از منابع جدید انرژی تبدیل می کند.

چشم انداز بازار و روند توسعه باتری های سدیم

با توجه روزافزون به توسعه پایدار و منابع انرژی پاک، چشم انداز بازار باتری های سدیمی گسترده است و احتمالاً نقش مهمی در انتقال انرژی آینده ایفا خواهند کرد. با توسعه سریع در زمینه های ذخیره انرژی و وسایل نقلیه الکتریکی، فضای کافی برای گسترش بازار باتری های سدیم وجود دارد.

به این ترتیب، رقابت برای نفوذ در بازار در زمینه باتری‌های سدیم به میدان نبرد جدیدی برای فناوری انرژی جهانی در دهه آینده تبدیل خواهد شد و همچنان به کانون سرمایه‌گذاری در بازارهای اولیه و ثانویه خواهد بود. بر اساس پیش بینی های EVTank، ظرفیت خط تولید اختصاصی 135 گیگاوات ساعت برای باتری های سدیم تا سال 2023 در سراسر زنجیره صنعت باتری های الکتریکی شکل خواهد گرفت، در حالی که پیش بینی می شود حجم حمل و نقل واقعی باتری های سدیم تا سال 347 به 2030 گیگاوات ساعت برسد. محموله ها 2024 درصد برآورد شده است. 

در حال حاضر، فناوری های مربوطه در زنجیره صنعت باتری سدیم هنوز در حال بلوغ هستند. در مرحله اولیه تحقق تولید انبوه صنعتی باتری های سدیمی، دو جنبه باید اولویت بندی شود: اول، بهبود عملکرد باتری، از جمله بهبود در چگالی انرژی و عمر چرخه. در میان تمام مسیرهای فناوری فعلی، سیستم کربن لایه‌ای سخت اکسید دارای بالاترین چگالی انرژی است و انتظار می‌رود ابتدا تجاری‌سازی شود. همچنین انتظار می‌رود که چگالی کم انرژی هر دو مسیر آبی پروس (سفید) و پلی آنیونی به تدریج با پیشرفت مداوم تولیدکنندگان بزرگ بهبود یابد و گزینه‌های بیشتری برای مواد کاتد باتری سدیم ایجاد شود. 

دوم، ملاحظات هزینه برای تولید در مقیاس بزرگ نیز باید کاهش یابد. در مقایسه با باتری‌های لیتیومی بالغ‌تر، هزینه تولید باتری‌های سدیم هنوز برای تولیدکنندگان سودمند نیست. با این حال، از آنجایی که تولیدکنندگان بزرگ به تدریج تولید خود را افزایش می‌دهند و تولید مرحله آخر به بلوغ می‌رسد، انتظار می‌رود که هزینه باتری‌های سدیم به سطح باتری‌های سرب اسید کاهش یابد و مزیت رقابتی بیشتری کسب کند.

نتیجه

در نتیجه، باتری های سدیم به عنوان نسل جدیدی از فناوری ذخیره انرژی، ارزش تجاری و چشم انداز توسعه قابل توجهی دارند. آنها با هزینه کم، ایمنی بهبود یافته، طول عمر طولانی و سازگاری با محیط زیست، در حال حاضر گزینه ایده آلی برای وسایل نقلیه الکتریکی کم سرعت و ذخیره انرژی تجدیدپذیر هستند. انتظار می رود با توجه روزافزون جهانی به توسعه پایدار و انرژی پاک، بازار باتری های سدیم به رشد خود ادامه دهد. در نهایت، با ادامه پیشرفت فناوری، باتری های سدیم انتظار می رود کاربردهای گسترده تری در زمینه هایی مانند باتری های قابل حمل پیدا کنند و چشم انداز توسعه گسترده تری را به نمایش بگذارند.