Hogyan tudnák a nátrium-ion akkumulátorok olcsóbbá tenni az elektromos autókat?

A benzinnel és gázolajjal üzemelő autókat megújuló alternatívákkal kell helyettesíteni a klímaválság leküzdése érdekében. Erre az elektromos járműveket (EV) tekintik széles körben a legjobb megoldásnak.

Ennek az az oka, hogy az elektromos járműveket megújuló villamos energiával is lehet üzemeltetni a hálózatról, elkerülve a fosszilis tüzelőanyagok szükségességét. Ezt az energiát közel 100%-os hatékonysággal tudják tárolni és felszabadítani, míg a legtöbb modern autó belsőégésű motorja az energia mintegy 30% -át tudja hasznosan átalakítani üzemanyagból. Az elektromos járművek több ezerszer újratölthetők, így a hagyományos autókhoz hasonló élettartammal rendelkeznek.

Ez a mérnöki teljesítmény az újratölthető akkumulátornak köszönhetően lehetséges.

A lítium-ion a kereskedelemben kapható legjobb teljesítményű akkumulátor technológia. Az ilyen akkumulátorok iránti kereslet azonban rohamosan nő, és az előállításukhoz szükséges alapanyagok ára magas – önmagában a lítium-karbonát ára tízszeresére nőtt 2020 vége és 2022 között. Az ismert lítiumlelőhelyek több mint 84% -a Argentínában, Ausztráliában, Chilében és Kínában összpontosul, és a lítium-ion akkumulátorok alapanyagának biztosítása nehéz és költséges lehet a gyártók számára.

A lítium helyett nátriumion alapú akkumulátorok leküzdhetik ezeket a problémákat – és végül olcsóbban megvásárolható elektromos járművekhez vezethetnek.

Nátrium-ion versus lítium-ion

Az akkumulátort szendvicsnek tekinthetjük: két elektródája (az úgynevezett katód és anód) olyan, mint egy elektrolit töltetet tartalmazó kenyérszelet. Az elektrolit jellemzően egy folyadék, amely eláztatja az egyes elektródákat, és benne nagy koncentrációban tartja az oldott ionokat.

Az akkumulátor feltöltésekor az ionok az anód felé mozognak, és addig tárolódnak benne, amíg szükség nem lesz az energiára. Amikor az autó be van kapcsolva, visszaáramlanak a katódba, elektromos áramot generálva a külső áramkörön keresztül, amely meghajtja az autót hajtó motorokat.

A lítium a legjobb elem, mivel az ionjai kicsik és könnyűek. Ez azt jelenti, hogy szorosan becsomagolhatók az elektródákba, és gyorsan mozognak, így akár 20 perc alatt feltölthető akkumulátorokat hozhatnak létre.

De a szoros második helyen a nátrium áll.

A periódusos rendszerben közvetlenül a lítium alatt elhelyezkedő nátrium számos kémiai tulajdonsággal rendelkezik, mint például az a képesség, hogy a lehető leggyorsabban át tud haladni az akkumulátor anyagain. De az is előnyére válik, hogy 1000-szer nagyobb mennyiségben van jelen a Földön, mint a lítium.

A nátrium-ion akkumulátorok készítésének kulcsfontosságú anyaga, a nátrium-karbonát (vagy szóda) vagy kőzetekben és sósvízben található, vagy gyárakban mészkőből és sóból készülhet. Mindkét ásvány széles körben hozzáférhető és gyakorlatilag kimeríthetetlen.

A lítium akkumulátorról a nátrium-ion akkumulátorokra való áttérés csökkentheti a kritikus ásványi anyagoktól való függőséget, és olcsóbb akkumulátorcsomagokat eredményezhet. De vajon elég jók-e még az elektromos járművek hajtásához?

Egyetlen teljes feltöltéssel a legújabb lítium-ion akkumulátorok körülbelül 400-600 km megtételére teszik képessé az elektromos járműveket.

Sajnos a nátriumionok háromszor nehezebbek és harmadával nagyobbak, mint a lítiumionok. Ez azt jelenti, hogy a nátrium-ion akkumulátorok elektródáinak vastagabbnak és nehezebbnek kell lenniük, hogy azonos mennyiségű energiát tároljanak.

A legújabb innovációk azt jelentik, hogy a nátrium-akkumulátorok kezdik felvenni a versenyt néhány lítium-ion rendszerrel, különösen azokkal, amelyek lítium-vas-foszfát katódokat használnak, amelyeket az iparban LFP néven ismernek. Bár az LFP-t tartalmazó akkumulátorok nem képesek olyan sűrűn tárolni az energiát, mint a kategóriájában legjobb technológia, ezek az akkumulátorok egyre nagyobb jelentőséggel bírnak, mivel általában körülbelül 20%-kal olcsóbbak.

Miközben számos nátrium-ion katód fejlesztés alatt áll, a legtöbb energiát tartalmazó akkumulátorok réteges oxid katódokat használnak fel. Ezek az akkumulátorok elég jók ahhoz, hogy olcsóbb, 240-400 km megtételére képes utasszállító elektromos járműveket hajtsanak meg. A legújabb elemzések kimutatták, hogy a legújabb nátrium-ion akkumulátorcsomagok olcsóbb nyersanyagaiknak köszönhetően még az LFP akkumulátoroknál is olcsóbbak.

Az eredmény az, hogy a nátrium-ion technológia alacsony költségű elektromos járműveket biztosít elegendő hatótávval ahhoz, hogy megfeleljen az ingázóknak és különösen a városi vezetőknek.

Kína már felismerte ezt a lehetőséget. A kínai CATL akkumulátorgyártó cég a közelmúltban felfedte, hogy a kínai Chery autógyártót nátrium-ion akkumulátorokkal kívánja ellátni egy új EV-modellhez. Két másik kínai gyártó, a HiNa és a JAC csoport szintén bejelentett egy nátriummotoros modellt, amely 250 km-es hatótávra képes, és állítólag körülbelül 10 000 USD- ért árusítják Kínában.

A nátriumionos elektromos járművek kilátásai

Még mindig jelentős lehetőség van a nátrium-ion akkumulátorok energiasűrűségének javítására.

Az egyik szűk keresztmetszet a katód. A legjobb rétegű oxid katód anyagok csak körülbelül feleannyi nátriumiont képesek tárolni, mint az anód, ami azt jelenti, hogy gyakorlatilag kétszer annyi katódot kell használni a szendvics mindkét oldalának kiegyensúlyozásához, ami növeli az akkumulátor súlyát.

Kutatások folynak új katódanyagok kifejlesztésére, amelyek több nátriumiont képesek tárolni szerkezetükben, és nagyobb kimeneti feszültséget biztosítanak, ami javítja az elektromos járművek hatótávolságát.

A nátrium-ion akkumulátorok most kezdenek belépni az elektromos járművek piacára. Hogy milyen messzire jutnak el a rövidebb hatótávolságú lítium akkumulátorokkal való versenyben, az még majd kiderül, ez a gazdasági ellenszéltől és az anyagtudomány fejlődésétől függ.

Forrás: theconversation.com

Lépjen kapcsolatba velünk

Budapest, Than Károly u. 3, 1119
(1) 371 5936