Sodium-ion: Masa Depan Bateri Boleh Dicas Semula Ada Di Sini?

Sudah berlalu hari apabila kita boleh dengan senang hati mengeluarkan bateri telefon bimbit kita untuk mengecasnya secara berasingan atau menggantikannya sendiri apabila diperlukan. Malah, hampir semua bateri untuk telefon pintar di pasaran kini terbina dalam, menjadikannya tidak boleh ditanggalkan sepenuhnya. Ini juga bermakna bahawa kebanyakan kita mungkin tidak tahu tentang jenis bateri boleh dicas semula yang menghidupkan telefon kita pada masa kini. Jawapan ringkas untuk itu ialah bateri litium, jawapan yang panjang, bagaimanapun, ialah dua jenis utama bateri litium-bateri litium-ion (Li-ion) dan litium-polimer (Li-po).

Walaupun bateri Li-ion kini merupakan jenis bateri telefon yang paling popular untuk kebanyakan model telefon iPhone dan Samsung, bateri Li-po mengejar lebih banyak jenama utama termasuk Samsung dan Xiaomi kerana telefon mereka melancarkan model yang lebih berkuasa yang disokong oleh bateri Li-po. Namun sementara gusti di kalangan keluarga bateri litium diteruskan, bateri natrium-ion (Na-ion) secara senyap-senyap muncul sebagai calon baharu lain yang berkemungkinan besar akan mengambil alih industri bateri boleh dicas semula. Teruskan membaca untuk mengetahui perkara yang menjadikan bateri berasaskan natrium begitu istimewa, mengapa ramai yang menganggapnya sebagai masa depan untuk bateri boleh dicas semula, dan sudah tentu, peluang perniagaan yang datang bersamanya.

Jadual Kandungan
Keadaan pasaran bateri boleh dicas semula
Bateri natrium-ion: masa depan bateri boleh dicas semula?
Kesan berkekalan

Keadaan pasaran bateri boleh dicas semula

Pasaran untuk bateri boleh dicas semula bernilai AS$ 109.5 bilion pada 2022 dan dijangka melonjak ke AS $ 165.5 bilion menjelang 2028, mencapai kadar pertumbuhan tahunan kompaun (CAGR) sebanyak 6.93%. Di antara pasaran bateri boleh dicas semula, bahagian pasaran bateri Li-ion jelas merupakan peneraju pasaran yang tidak dapat dipertikaikan, dengan satu lagi pasaran global penyelidikan artikel meramalkan nilainya meningkat pada CAGR sebanyak 18.1% dan mencapai lebih daripada AS$ 182.53 menjelang 2030.

Bateri natrium-ion, sebaliknya, telah menghidupkan semula minat orang ramai selepas perintis dalam teknologi bateri natrium-ion Faradion Limited telah diambil alih sepenuhnya oleh salah satu anak syarikat Reliance Industries di India pada nilai £ 100 juta pada awal 2022. Potensi pasaran bateri natrium-ion untuk sistem simpanan tenaga dijangka menjadi ketara, terutamanya dalam kalangan sumber boleh diperbaharui seperti tenaga angin dan solar. Oleh itu diramalkan untuk mencapai a CAGR sebanyak 14.68% dari 2022 hingga 2027, menjadikan angkanya daripada $244 juta kepada $609 juta, hampir 2.5 kali ganda daripada jumlah asalnya.

Bateri natrium-ion: masa depan bateri boleh dicas semula?

Tahan lebih lama

Julai 2022 menandakan bulan yang menggembirakan dalam sejarah pembangunan bateri natrium-ion, kerana minggu pertama bulan itu menyaksikan laman web berita sains melaporkan penemuan yang mungkin menarik pada penggantian formula elektrolit baharu untuk bateri natrium-ion, yang bukan sahaja meningkatkan arus cas/nyahcas tetapi juga berjaya mengekalkan prestasi yang stabil walaupun selepas mencapai 900+ kitaran. Kejayaan dalam lelaran bateri natrium-ion tidak berhenti di situ tetapi diteruskan dengan pengumuman rehat besar kira-kira seminggu kemudian, melalui Sidang akhbar daripada Makmal Kebangsaan Barat Laut Pasifik (PNNL) di bawah Jabatan Tenaga.

Sebenarnya, bateri natrium-ion telah diletakkan di bawah tumpuan sejak tepat kira-kira setahun yang lalu, pada Julai 2021, apabila Contemporary Amperex Technology Co. Ltd. (CATL), pengeluar bateri litium-ion terbesar di dunia untuk kenderaan elektrik (EV), mengeluarkan generasi pertamanya bateri natrium-ion untuk EV. Penemuan pasukan PNNL pada awal suku ketiga 2022, bagaimanapun, telah pasti meningkatkan tahap peningkatan bateri natrium-ion, kerana teknologi yang direka oleh PNNL mendakwa telah mengubah reka bentuk bateri natrium-ion secara asas untuk mengatasi beberapa cabaran teknikal yang lama.

Salah satu kemas kini paling luar biasa dalam resipi bateri natrium-ion reka bentuk baharu mereka ialah pasukan penyelidik berjaya memanjangkan ketahanan bateri dalam ujian makmal dengan sentuhan pintar dalam komponen teras cecair. Hasil daripada suis formula ini, penstabilan untuk elektrolit bateri natrium-ion, yang berfungsi sebagai nadi yang mengekalkan peredaran tenaga dalam bateri, bertambah baik dan dengan itu membantu meningkatkan ketahanan bateri.

Penyelidik PNNL juga menangani kebimbangan keselamatan ke atas bateri natrium-ion berbanding sistem litium-ion memandangkan sifat aktiviti kimia yang jauh lebih tinggi daripada litium, yang meningkatkan risiko letupan atau kemalangan serius. Mereka datang dengan penggunaan bahan pemadam api yang boleh berfungsi pada voltan tinggi dan tahan kepada suhu yang berbeza. Hasil daripada ciri yang baru dibangunkan ini ialah penciptaan lapisan pelindung yang stabil dan sangat nipis pada anod yang membantu menawarkan hayat kitaran yang panjang untuk bateri natrium-ion.

Adalah penting untuk ambil perhatian bahawa semua perkembangan ini membolehkan para penyelidik mengekalkan sehingga 90% daripada kapasiti bateri natrium-ion, bermakna akan terdapat kehilangan kapasiti yang sangat sedikit walaupun selepas kitaran pengecasan lanjutan sebanyak 300+ kitaran. Dalam erti kata lain, semua peningkatan terkini ini membantu memanjangkan lagi yang sedia ada 10 tahun jangka hayat natrium-ion bateri. Untuk meletakkan kemajuan terbaharu ini ke dalam perspektif, majoriti pengeluar menjamin 300-500 kitaran pengecasan or 3-5 tahun sebelum kerugian sekitar 20% (80% dikekalkan) dalam prestasi kapasiti untuk bateri litium-ion.

Kos yang lebih rendah

Kos natrium adalah lebih rendah daripada litium dari perspektif sumber semula jadi kerana natrium disenaraikan sebagai nombor ke-6 unsur yang paling biasa dijumpai di dunia, menyumbang 2.6% daripada kerak bumi. Litium, sebaliknya, hanya membentuk kira-kira 0.002% dan adalah menduduki tempat ke-33 dalam carta sebaliknya. Perbandingan kos antara bateri natrium-ion dan bateri litium-ion sebenarnya bukanlah sesuatu yang baharu; penyelidik di Universiti Stanford, sebagai contoh, telah menunjukkan fakta jelas bahawa natrium-ion adalah alternatif yang lebih baik dari sudut pandangan kos dan berusaha untuk mempopularkan penggunaan meluas untuk membantu mengurangkan kos pengeluaran keseluruhan untuk bateri boleh dicas semula. Perlu diingat bahawa, walau bagaimanapun, laporan daripada Universiti Stanford telah dibuat lebih daripada 5 tahun yang lalu, apabila harga litium masih stabil pada sekitar RMB 160,000 setan (sekitar AS$ 24,000/tan pada masa itu).

Sehingga kini, harga litium terus melambung tinggi dan telah melonjak lebih daripada 350% berbanding 5 tahun lalu, mencapai paras tertinggi sepanjang masa lebih daripada RMB 590,000 setiap tan setakat Nov. 2022. Lonjakan dramatik dalam bahan mentah litium adalah sejajar dengan permintaan yang meroket untuk kenderaan elektrik (EV) dari suku ke-4 2020 dan seterusnya. Hakikat bahawa kebanyakan bahan mentah untuk litium diproses menjadi produk gred bateri di China memburukkan lagi keadaan kerana ini bermakna kos penyimpanan tenaga juga dipengaruhi oleh yuran penghantaran antarabangsa, yang telah banyak terjejas oleh gangguan dalam kesihatan global dan industri rantaian bekalan dalam beberapa tahun kebelakangan ini.

Kenaikan harga berterusan yang hebat adalah sebab yang penting untuk mencari pengganti bagi komponen berasaskan litium sekarang, dan natrium-ion yang banyak secara semula jadi, yang memastikan bekalan dan ketersediaannya, sendiri merupakan justifikasi untuk pilihan kos rendah yang boleh dipercayai. Ini memberikan alasan yang kukuh dalam usaha penyelidikan untuk proses pemulihan untuk bateri natrium-ion, terutamanya apabila kebanyakan pakar industri percaya bahawa penggantian natrium boleh membantu mengurangkan kos bateri boleh dicas semula dengan sekitar 20-40%.

Skala yang lebih besar

Walaupun majoriti daripada kita mungkin menggunakan bateri litium-ion untuk telefon, komputer riba, pelbagai peranti elektronik dan kereta elektrik kita, serta pelbagai sektor penggunaan akhir hari ini, ramai di antara kita mungkin tidak menyedari bahawa bateri ini digunakan dalam lebih banyak aplikasi daripada fungsi yang biasa diketahui. Sebagai tambahan kepada peranti elektronik dan industri EV, dua pasaran terbesar lain untuk bateri litium-ion disebut sebagai pengendalian jentera berat dan penyimpanan tenaga bidang, khususnya sektor tenaga boleh diperbaharui.

Dan berita baiknya ialah: sektor tenaga boleh diperbaharui dijangka menggandakan nilainya dalam 10 tahun, bermula dari AS $ 881.7 bilion pada 2020 kepada US$ 1,977.6 bilion pada 2030, mencapai CAGR sebanyak 8.4%. Walau bagaimanapun, di sebalik potensi yang besar ini, dengan kos litium mencapai paras tertinggi sekarang, kemampanan permintaan untuk litium-ion untuk sektor tenaga boleh diperbaharui menjadi persoalan. Ini benar terutamanya memandangkan sejumlah besar keperluan tenaga yang datang daripada industri tenaga boleh diperbaharui, kerana ini membayangkan jumlah kos keseluruhan yang jauh lebih tinggi diperlukan sekiranya harga litium terus meningkat.

Sementara itu, mengetepikan faktor kos, bateri litium-ion sebenarnya bukan pilihan mesra alam, terutamanya apabila ia melibatkan penyimpanan berskala besar kerana logam toksik seperti kobalt dan nikel ditemui dalam litium-ion. Logam ini boleh menyebabkan kemudaratan kepada sumber air dan ekosistem apabila dilupuskan. Pelupusan bateri litium-ion yang tidak sesuai juga telah dikaitkan dengan kebakaran di tapak pelupusan sampah atau kemudahan kitar semula bateri.

Mujurlah, kos mahupun kebimbangan alam sekitar yang berkaitan dengan bateri litium-ion tidak relevan dengan bateri natrium-ion sama sekali kerana natrium secara semula jadi banyak daripada bahan murah yang mudah didapati dengan kebolehkitar semula yang tinggi dan keselamatan yang dipertingkatkan. Semua faktor ini menjadikan natrium-ion calon yang lebih baik bukan sahaja untuk aplikasi bateri standard untuk peranti elektronik biasa tetapi juga untuk penggunaan berskala lebih besar seperti penyimpanan tenaga untuk tenaga boleh diperbaharui.

Kesan berkekalan

Usaha pembangunan tanpa henti di kalangan saintis dan penyelidik dalam usaha berterusan untuk menapis bahan mentah yang ada untuk penggantian yang lebih murah dan lebih baik untuk medan tenaga telah membawa kepada penemuan dan penambahbaikan terkini untuk bateri natrium-ion. Beberapa bukti yang dikemukakan oleh saintis telah membuktikan bahawa bateri natrium-ion boleh menjadi alternatif yang tahan lebih lama berbanding bateri litium-ion, terutamanya untuk aplikasi berskala lebih besar memandangkan kos yang lebih rendah, kelimpahan semula jadi dan ciri natrium yang mampan.

Pertumbuhan mantap yang luar biasa bagi permintaan storan tenaga berskala besar untuk medan tenaga boleh diperbaharui menandakan bahawa terdapat ruang yang besar untuk pertumbuhan bagi bateri natrium-ion, terutamanya dengan kitaran lelaran produk yang semakin meningkat. Oleh itu, pelabur yang berminat disyorkan untuk memasuki pasaran sebelum kemuncaknya. Untuk maklumat lanjut tentang inspirasi perniagaan borong dan sumber idea, lawati Chovm Membaca hari ini.