چرا باتری‌های یونی سدیم{0}برای از بین بردن لیتیوم{1}}آماده نیستند: بررسی واقعیت در رقابت ذخیره انرژی

جستجوی نامزدهای جایگزین برای باتری‌های لیتیوم{0} یون سرعت گرفته است. باتری‌های لیتیوم-یون تقریباً در همه ابزارهای مدرن وجود دارند. از گوشی های هوشمند گرفته تا وسایل نقلیه الکتریکی (EV). باتری‌های یون سدیم- (Na-یون) به مرکز بحث تبدیل شده‌اند. باتری‌های یونی سدیم به دلیل قابلیت‌های پیش‌بینی‌شده برای صرفه‌جویی در هزینه و فراوانی گزینه‌های خرید برای مواد خام، «قاتل لیتیوم» در نظر گرفته می‌شوند. یک تحلیل به رشد پیش‌بینی‌شده در بازارهای ویژه باتری‌های سدیم{9}} اشاره می‌کند. این تجزیه و تحلیل همچنین به موقعیت غالب بازار یون لیتیوم{11}}برای کاربردهای یون سدیم{12}} اشاره می کند. باتری‌های یون سدیم{14}} دارای محدودیت‌های اصلی در زنجیره تامین و چگالی انرژی هستند. علاوه بر این، باتری‌های یون سدیم{16}} نسبت هزینه به عرضه دارند که مطابق با انتظارات بازار نیست.

یکی از بزرگترین چالش‌های فنی برای فناوری باتری‌های یونی سدیم، چگالی انرژی پایین آن است. در حال حاضر، محصولات تجاری موجود، چگالی انرژی از 90 تا 160 وات ساعت بر کیلوگرم را ارائه می‌کنند، در حالی که باتری‌های لیتیوم فسفات آهن (LFP) که در کاربردهای مختلف ذخیره‌سازی انرژی استفاده می‌شوند و اتومبیل‌های برقی کم برد دارای چگالی انرژی 150-220 وات ساعت بر کیلوگرم هستند. سلول‌های پیشرفته حاوی نیکل-منگنز{11}}کبالت (NMC) دارای چگالی انرژی 250-300 وات ساعت بر کیلوگرم هستند. در نتیجه، باتری‌های یون سدیم در مقایسه با سایر جایگزین‌ها سنگین‌تر و حجیم‌تر هستند. این مشکل مخصوصاً برای دستگاه‌های الکترونیکی مصرفی به دلیل فضای محدود و همچنین وسایل نقلیه الکتریکی (EV) به دلیل اضطراب محدوده مشتری است.

اکوسیستم باتری‌های لیتیوم{0} یونی حتی مانعی بزرگ‌تر از عملکرد است. ساخت باتری‌های لیتیوم{2} یون یک صنعت جهانی تثبیت شده است که بیش از 30 سال است که به طور مداوم در حال پیشرفت بوده و دانش و تجربه صنعت را ارائه می‌دهد. در نتیجه این دانش، بسیاری از تولیدکنندگان یون لیتیوم خطوط تولید خود را بهینه کرده اند، به طور مستمر هزینه باتری های لیتیوم{6} یونی را از طریق تولید حجم پایین می آورند و زنجیره تامین جامعی از مواد و قطعات در سراسر جهان دارند. تولیدکنندگان باتری‌های یون سدیم-رویکردی مشابه سازندگان یون لیتیوم-تثبیت شده را دنبال می‌کنند، اما تولید باتری‌های{10}}یون سدیم هنوز جدید است. در حال حاضر، تولید باتری‌های یونی سدیم به خطوط آزمایشی-ساعت{14}}گیگاوات و تعداد بسیار کمی از کارخانه‌های تولید تجاری اولیه محدود شده است، در مقابل تولیدکنندگان باتری‌های لیتیوم{15}} که در مقیاس تراوات ساعت{16} تولید می‌کنند. ایجاد یک زنجیره تامین رقابتی مشابه در سراسر جهان برای مواد باتری‌های یونی سدیم (کاتد، الکترولیت و آند) به سرمایه‌گذاری عظیمی نیاز دارد و دستیابی به آن سال‌ها طول می‌کشد، حتی با پیشرفت سریع و کاهش هزینه‌های باتری‌های لیتیوم{19}.ge و تعمیر.

مزیت هزینه درک شده یون سدیم{0}} نیز نیازمند بررسی دقیق است. وعده اصلی در فراوانی و قیمت پایین کربنات سدیم (خاکستر سودا) در مقایسه با کربنات لیتیوم نهفته است. با این حال، هزینه صورتحساب مواد (BOM) تنها بخشی از هزینه کل است. باتری‌های یون سدیم در حال حاضر از مس گران‌تری در کلکتورهای فعلی برای طرف آند استفاده می‌کنند، و چگالی انرژی کمتر آنها به این معنی است که به ازای هر کیلووات{5} ساعت ظرفیت، به مواد بیشتری نیاز است. مهمتر از همه، بدون بهره مندی از مقیاس تولید انبوه، هزینه تولید سلول در هر کیلووات ساعت بالاتر از سلول های LFP با مقیاس بزرگ باقی می ماند. در حالی که یون سدیم-پتانسیل هزینه- واضحی دارد، ابتدا باید به مقیاس تولیدی قابل مقایسه دست یابد تا به طور کامل متوجه آن شود. همانطور که دکتر النا آرچر، دانشمند مواد در مرکز تحقیقات ذخیره‌سازی انرژی، خاطرنشان می‌کند، "مسیر هزینه یون لیتیوم، به‌ویژه LFP، آنقدر شیب‌دار بوده است که هدف متحرکی را تعیین می‌کند. یون سدیم باید از منحنی مقیاس‌پذیری خودش بالا برود تا قیمت‌های لیتیوم{15} امروزی را افزایش دهد که ممکن است به لیتیوم{15} افزایش یابد. بیشتر."